La semence, bien plus qu'une simple graine, est l'unité fondamentale de reproduction chez les plantes à graines (spermatophytes), assurant la propagation de l'embryon et sa protection. En agriculture, les semences désignent spécifiquement des graines, ou par extension d'autres organes de reproduction tels que bulbes ou tubercules, choisies pour être semées. Ce concept peut également s'étendre, en zoologie, au liquide séminal chez les animaux, et même au figuré, à une "semence d'idée" en psychologie. Cette structure biologique, capable de produire un nouvel individu, est le point de départ de la vie végétale, dont l'étonnante capacité à donner naissance à un arbre géant à partir d'une minuscule entité révèle la brillante ingéniosité de Mère Nature.
Une Histoire de la Sélection des Semences : Des Premiers Agriculteurs à l'Industrie Moderne
L'histoire de la semence est intrinsèquement liée à celle de l'agriculture. Il y a plus de 10 000 ans, les premiers agriculteurs initiaient déjà un processus de sélection, mettant à part les graines des plants répondant le mieux à certains critères agronomiques (grosses, facilité à se débarrasser de l'enveloppe, résistance) ou sociaux (beauté, appétence, identité). Ces graines sélectionnées n'étaient pas consommées mais replantées la campagne suivante, une pratique connue sous le nom de sélection massale.
L'Acclimatation et la Création Variétale Ancienne
La migration des populations agricoles, la colonisation de nouveaux espaces et le morcellement des établissements ont induit une sélection différenciée d'une région à l'autre. Les peuples agriculteurs ont acclimaté les espèces aux contextes pédoclimatiques locaux, ce qui fut à l'origine d'une importante création variétale. Cette acclimatation a permis de constituer la base de la biodiversité domestique que nous connaissons. Darwin, en 1959, soulignait déjà l'ancienneté du principe de sélection, citant des ouvrages d'une haute antiquité prouvant son importance et des pratiques barbares en Angleterre où l'on importait des animaux de choix et détruisait les chevaux n'atteignant pas une certaine taille.
La Normalisation et la Standardisation du XXe Siècle
Au cours du XXe siècle, une époque dominée par un souci de normalisation et de standardisation, une législation visant à déterminer administrativement la semence a été mise en place. Le décret du 5 décembre 1922 (J.O du 8 décembre 1922, p. 11167) a créé la première version du catalogue des plantes cultivées, concernant « l'obtention d'une espèce ou d'une variété nouvelle » et les conditions dans lesquelles le déposant pouvait revendiquer « l'usage exclusif de la dénomination donnée ». Ce cadre juridique s'est renforcé avec le décret du 26 mars 1925, instituant un registre des plantes sélectionnées pour la « Répression des fraudes dans le commerce des semences de blé », et le décret du 16 novembre 1932, qui instaurait un "catalogue des espèces et variétés de plantes cultivées et d'un registre des plantes sélectionnées de grande culture" et évoquait pour la première fois la protection des obtentions. L'article 12 de ce décret stipulait que la mention "espèce ou variété" inscrite au registre des plantes sélectionnées était la propriété exclusive de l'obtenteur de la nouveauté.
L'UPOV et la Définition Administrative de la Semence
L'année 1961 a vu la création par les semenciers professionnels de l'UPOV (Union pour la Protection des Obtentions Variétales). Puis, en 1981, le Décret 81-605 du 18 mai 1981 (J.O. Du 20 mai 1981) a stipulé que « Le ministre de l’agriculture tient un catalogue comportant la liste limitative des variétés ou types variétaux dont les semences et plants peuvent être “mis sur le marché” sur le territoire national. L’inscription sur le catalogue est subordonnée à la triple condition que la variété soit distincte, stable et suffisamment homogène ». Ce décret, pris pour l'application de la loi du 1er août 1905 sur les fraudes et falsifications en matière de produits et services, en ce qui concerne le commerce des semences et des plants, a concrétisé la définition administrative de la semence. Désormais, seuls les semenciers sont habilités à la produire, et seules les semences issues de variétés inscrites sont commercialisables.
La Production de Semences Aujourd'hui : Entre Spécialisation et Perte de Biodiversité
Aujourd'hui, dans les pays développés, la semence est un produit de haute valeur ajoutée vendu par des entreprises spécialisées, appelées semenciers, qui se spécialisent dans la sélection, la production et la commercialisation de semences sélectionnées. Pour produire les semences dans les champs, ces entreprises passent des contrats avec des agriculteurs multiplicateurs, souvent spécialisés. Cependant, cette spécialisation n'a pas été sans effets pervers, entraînant une disparition considérable de la biodiversité domestique. En France, par exemple, quatre variétés de blé produisent 70 % de la récolte totale, et 95 % des variétés originelles de choux, 91 % de celles de maïs, 94 % de celles de petits pois et 81 % de celles de tomates ont déjà disparu.
Le Retour aux Sources : Création Variétale par les Cultivateurs
Face à cette raréfaction génétique, une réaction s'organise en France et à travers le monde. Un volet des mesures pour lutter contre ce phénomène passera par une nouvelle délégation de la création variétale aux cultivateurs eux-mêmes. Ceux-ci seront encouragés à reconduire et sélectionner des variétés-populations polymorphes et originales. Les sociétés de production de semences auraient alors une importance accrue dans un rôle d’encadrement et de conseil, ainsi que dans leur travail de création et d’introduction de géniteurs et de populations sources qui très rapidement sortiraient du ghetto des stations pour être sélectionnés par des « paysans-experts » eux-mêmes.
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Anatomie et Composition de la Semence Végétale
Une semence est un ovule fécondé et pleinement développé qui constitue l'unité reproductive des plantes à graines. Elle contient un embryon, des réserves nutritives et un tégument protecteur, autant d'éléments essentiels à la survie et à la propagation des espèces végétales. Les graines de la semence restent en dormance jusqu'à ce que les conditions propices à la germination se présentent, permettant ainsi aux plantes de se reproduire et de coloniser de nouveaux environnements.
L'Enveloppe Protectrice : Le Tégument
L'enveloppe de la graine, appelée tégument, est la couche extérieure dure qui protège l'embryon. Elle est essentielle pour la survie et la protection de la graine, jouant un rôle de perméabilité sélective, permettant l'entrée de l'eau et de l'oxygène nécessaires à la germination. La structure du tégument peut varier considérablement selon les espèces végétales, pouvant être mince et translucide ou épaisse, dure et lignifiée. Elle contribue également à la dispersion des graines chez de nombreuses espèces. Cependant, l'enveloppe est parfois considérée comme un frein alimentaire (les monogastriques ne digérant pas la cellulose) et un frein à la germination en rendant la graine étanche à l'eau et à l'oxygène dissous. Des composés phénoliques contenus dans les glumelles et l'enveloppe réagissent avec l'oxygène, l'empêchant d'arriver jusqu'à l'embryon, ce qui est la contrepartie de la capacité de conservation. Ce mécanisme garantit que la germination ne se produira que si certaines qualités de développement sont réunies.
L'Embryon : La Future Plante
L'embryon est la jeune plante en développement à l'intérieur d'une graine, prête à germer lorsque les conditions environnementales sont favorables. Il se forme à partir de la double fécondation, un processus qui se produit dans le sac embryonnaire de la fleur. La radicule est la première structure à émerger lors de la germination, suivie des cotylédons, qui sont les premières feuilles. La structure de l'embryon peut varier en fonction des besoins et des adaptations de chaque espèce végétale ; certaines plantes produisent des embryons avec un ou deux cotylédons, tandis que d'autres en ont trois ou plus.
Les Réserves Nutritives : L'Endosperme et les Cotylédons
L'endosperme est une partie essentielle de la graine des plantes à graines (spermatophytes). Il s’agit d’un tissu de réserve nutritive qui se forme pendant le processus de développement de la graine et qui fournit les éléments nécessaires à la germination et à la croissance initiale de la plante. Il est principalement constitué de substances nutritives telles que les protéines, les glucides (sucres et amidon) et les lipides (graisses). La quantité et la composition de l'endosperme varient selon les espèces végétales. Certaines graines contiennent un endosperme abondant, tandis que d'autres en ont très peu ou pas du tout. Les cotylédons contiennent également de l'amidon stocké, qui permet à la graine de survivre avant de produire ses propres feuilles et de réaliser la photosynthèse.
Le Cycle de Vie de la Plante : De la Germination à la Reproduction
Le cycle de vie de chaque plante commence par la germination de la graine, un processus complexe qui dépend de conditions environnementales spécifiques.
La Germination : L'Éveil de la Vie
La germination est la phase initiale de croissance, déclenchée lorsque la graine reçoit une quantité d'eau suffisante. L'eau pénètre par de minuscules trous ou pores dans l'enveloppe de la graine, provoquant une pression de turgescence. Les vacuoles et le cytoplasme de la graine se remplissent d'eau, et les cellules gonflent et poussent contre la paroi cellulaire. L'enveloppe de la graine éclate alors, et la radicule, la racine primaire, émerge. Chez presque toutes les plantes, la racine précède la pousse, à quelques exceptions près comme les cocotiers où la plumule ou la pousse émerge avant la racine. Dès que la graine commence à faire émerger des racines, cela indique qu'elle est active, viable et qu'elle peut se développer. La plante entre à ce moment dans le stade de plantule lorsque les feuilles commencent à émerger. La croissance des racines ralentira ensuite, car le maximum d'énergie ira vers l'élongation des pousses dans le but de trouver la lumière du soleil pour la photosynthèse.
Conditions de Germination Optimales
Pour que la germination soit rapide et uniforme, certaines conditions sont cruciales :
- Température : Chaque graine a une plage de températures minimale et maximale pour se développer. Une température supérieure ou inférieure à cette fourchette peut endommager les graines ou les rendre dormantes. Des tapis de germination peuvent aider à maintenir des températures optimales, par exemple, les poivrons germeront en 8 jours à 30°C, mais prendront plus de 13 jours à 14°C.
- Eau : Un arrosage insuffisant entraîne la déshydratation et la mort de la graine.
- Oxygène : La graine a besoin d'oxygène et rejette du dioxyde de carbone jusqu'à ce que les feuilles poussent. Si le sol n'est pas poreux, le dioxyde de carbone ne quitte pas la graine et celle-ci suffoque.
- Lumière : Toutes les graines n'ont pas les mêmes besoins en lumière. La plupart germent mieux dans l'obscurité et peuvent même être inhibées par la lumière, tandis que d'autres ont besoin de lumière pour germer.
- Profondeur de plantation : Si la graine est plantée trop profondément, elle consomme toute son énergie, et la nourriture stockée dans le cotylédon sera épuisée avant que la pousse ne puisse sortir du sol.
Le Stade Végétatif : La Croissance et le Développement
Après la germination, l'hypocotyle et l'épicotyle se développent vers le haut, formant la tige de la plante. L'épicotyle forme les premières feuilles. Lorsque l'épicotyle émerge, la tige a dépassé le sol, et les feuilles commencent à pousser. Les cotylédons tombent, car leur travail est terminé, et la plante peut produire sa propre nourriture. Le processus de germination est ainsi terminé, et la plante entre dans le stade végétatif. Au cours de cette phase, la plante se consacre principalement à la croissance des tiges, des feuilles et des branches. Elle a besoin d'une énorme quantité d'azote pour soutenir la production de chlorophylle. Le système racinaire, désormais suffisamment fort, est capable de soutenir cette croissance.
La Reproduction : La Pollinisation et la Formation des Graines
Le stade suivant et final de la croissance des plantes est le stade de la reproduction, dont le but premier est de produire sa progéniture. La pollinisation est le processus par lequel le pollen, contenant les gamètes mâles des plantes, est transféré des organes reproducteurs mâles (les étamines) vers les organes reproducteurs femelles (les pistils) d'une autre plante de la même espèce ou de la même plante (dans le cas de l'auto-pollinisation), favorisant ainsi la fécondation et la reproduction des plantes à fleurs.
Modes de Pollinisation
- Pollinisation par le vent (anémophilie) : Le pollen est transporté par le vent. Les plantes adaptées à l'anémophilie produisent de grandes quantités de pollen léger et sec.
- Pollinisation par les insectes (entomophilie) : Des insectes tels que les abeilles, papillons, bourdons, coléoptères et mouches visitent les fleurs pour le nectar et le pollen, transportant le pollen d'une fleur à l'autre.
- Pollinisation par d'autres animaux : Des oiseaux, chauves-souris et certains mammifères peuvent aussi agir comme pollinisateurs.
- Pollinisation par l'eau (hydrophilie) : Chez les plantes aquatiques, le pollen est libéré et transporté sous l'eau.
Une fois la pollinisation effectuée, un tube pollinique commence à se développer dans l'ovaire de la plante. Une fois la cellule fécondée, un zygote est formé, qui se développe en un embryon.
Les Défis de la Conservation des Semences et la Biodiversité
La dormance d'une graine est un état physiologique dans lequel une graine est temporairement incapable de germer même si les conditions environnementales sont favorables. C'est une adaptation importante qui permet aux graines de survivre dans des conditions défavorables et de germer lorsque les conditions sont optimales pour la croissance de la plante. Les plantes ont aussi des hormones qui s'activent à un certain moment.
Types et Durée de la Dormance
Certains types de dormance sont inhérents à la graine dès sa formation (dormance innée). La dormance peut également être acquise en réponse à des conditions environnementales spécifiques (dormance acquise). La durée de la dormance peut varier considérablement d'une espèce à l'autre et même au sein d'une même espèce en fonction des conditions environnementales. Pour que les graines dormantes germent, il faut souvent fournir des conditions spécifiques qui brisent la dormance. Cette dormance joue un rôle crucial dans l'écologie des plantes, en permettant aux graines de survivre dans des conditions défavorables et en synchronisant la germination avec des périodes propices à la croissance.
La Perte de Biodiversité et les Stratégies de Conservation
La spécialisation de la production de semences a entraîné une disparition considérable de la biodiversité domestique. La logique clonale, négligeant les facteurs épigénétiques, est mise en échec : deux semences génétiquement identiques, placées dans des conditions de culture voisines, ne donneront pas forcément la même plante. En effet, de nombreux facteurs variant au sein d'une même parcelle de culture influenceront la croissance et le développement des plantes, comme la structure et la profondeur du sol, ou la répartition hétérogène des maladies.
Pour faire face à cette perte de biodiversité, des initiatives de conservation sont mises en place. Sur l'île norvégienne du Spitzberg, un coffre-fort destiné à protéger les graines des plus importantes semences de la planète contre les ravages potentiels de la guerre, des maladies ou des cataclysmes a été construit. Creusée dans la roche, sous la couche de permafrost, cette "banque" est conçue pour résister aux catastrophes nucléaires et renfermera jusqu'à 3 millions de graines. Cependant, cette démarche, qualifiée de "prédarwinienne et fixiste" par certains, suppose que les variétés sont invariantes au cours du temps, ce qui est contradictoire avec les connaissances actuelles sur l'évolution des espèces. Rien ne garantit que ces variétés, si elles conservent un pouvoir germinatif suffisant, se montreront adaptées aux besoins et conditions de demain. C'est pourquoi un organisme comme la FAO lui préfère des projets de développement in situ et mutualiste des semences.
Les Critères de Qualité et la Certification des Semences
Pour garantir la qualité des semences, divers tests et analyses sont effectués.
Le Test de Pureté Spécifique
Ce test implique le prélèvement d'échantillons représentatifs de l'ensemble du lot de semence. Il s'agit du dénombrement et de l'identification des graines d'espèces étrangères (autres espèces cultivées, mauvaises herbes). Cette étape est difficile à réaliser si les graines se ressemblent, par exemple entre le colza et la moutarde. Les résultats sont exprimés en pourcentage du poids des semences pures dans l'espèce indiquée d'un lot concerné, et ils sont comparés avec les normes officielles. Par exemple, on ne doit pas trouver plus de 10 graines étrangères aux 500g dans le cas des céréales à paille. Cela conduit au refus ou à l'acceptation des lots pour la certification de la semence. Par exemple, le blé de prébase et base doit avoir 99% de pureté et le blé certifié 98%.
Le Test de Pureté Variétale
Il s'agit de mesurer au sein du lot de graines le taux de graines s'écartant de la plante modèle de la variété. Elle ne peut être réalisée en observant directement les semences, du moins dans les cas où il n'y a pas de différences phénotypiques (d'aspect) entre deux variétés de graines.
Le Test de Germination
C'est le nombre de germes viables obtenus dans un délai de n jours (différent selon les espèces) et dans des conditions de température et d'hygrométrie optimales. Un germe est considéré comme viable si la graine a germé et que son phénotype correspond à une certaine norme. Pour tester la germination des graines stockées, une méthode consiste à prélever un échantillon représentatif (au moins une vingtaine de graines), le disposer sur un substrat humidifié et le placer dans un environnement favorable à la germination. Le pourcentage de germination est ensuite calculé. Un bon taux de germination est autour de 95%.
La Multiplication des Semences : Voies Naturelles et Techniques Artificielles
La reproduction des graines sélectionnées peut se faire par des voies naturelles ou des techniques artificielles.
Multiplication Végétative Naturelle
La multiplication végétative est ancienne pour un certain nombre de plantes. C'est le cas des tubercules (pomme de terre), des bulbes (oignons, tulipes), ou encore des arbres fruitiers (greffage). On utilisait des propriétés naturelles des plantes. À la différence de la multiplication sexuée, qui entraîne pour les plantes allogames des modifications génétiques dans les descendances dès lors que l'on cultive plusieurs variétés ensemble, la multiplication végétative conserve identique l'ensemble de l'information génétique du végétal de départ.
Techniques Artificielles de Multiplication Végétative
Dans le cas des graminées, des techniques artificielles de multiplication végétative ont été développées. On exploite un certain nombre de propriétés propres aux plantes comme la totipotence cellulaire. Cette technique est utilisée aujourd'hui par les semenciers sur certaines espèces (graminées fourragères par exemple). Elle présente le désavantage qu'il faut attendre que les plants arrivent à maturité pour qu'ils produisent leurs graines, graines qui seront vendues. En outre, la pratique clonale représente un risque en termes de production, pour peu que se développe un virus ou un champignon pour lequel le clone ne présente pas de tolérance ou de résistance, comme cela a été observé dans le cas des pommes de terre et la grande famine irlandaise.
La Totipotence Végétale et l'Embryogenèse Somatique
On utilise le phénomène de la totipotence végétale en dédifférenciant les cellules d'un explant prélevé sur la plante mère. On met en culture in vitro les cals obtenus pour en obtenir un très grand nombre. Après une dispersion des cellules, on déclenche l'embryogenèse avec un jeu d'hormones végétales. Cette technique n'est pas encore au point aujourd'hui, notamment à cause des problèmes de stabilisation de l'embryon. Mais, dans la perspective clonale, elle est très prometteuse, car toutes les graines seraient des clones produits directement sans plante : on s'affranchirait donc du temps nécessaire à une plante (clonée) pour pousser et produire ses graines. Cette étape serait l'aboutissement d'une recherche tendant à faire de la semence un produit technologique entièrement normé et standardisé, permettant un contrôle juridique par le biais du brevet ou d'autres formes inspirées du copyright. Il s'agirait d'une étape essentielle de la réification du vivant, puisque leur reproduction serait entièrement artificielle, les graines issues de ces plantes n'étant pas destinées à être replantées.
Le Cadre Juridique : Certificat d'Obtention Végétale et Brevet
Contrairement à certains pays tels que les États-Unis où les variétés végétales peuvent être brevetées, en Europe et dans de nombreux autres pays, le certificat d'obtention végétale (COV) a été conçu pour s’appliquer à une matière vivante. Ce système permet de protéger la variété tout en préservant le libre accès à la ressource génétique pour les autres entreprises semencières.
Les Facteurs Essentiels à la Croissance des Plantes
Au-delà de la semence elle-même, de nombreux facteurs environnementaux influencent la croissance et le développement des plantes.
L'Eau et les Nutriments
Tous les êtres vivants dépendent de l'eau pour leur survie. Les plantes ont également besoin de macro-éléments et de micro-éléments nutritifs, provenant des minuscules fragments de matériaux minéraux issus de l'altération des roches, organiques et morts, qui déterminent la texture et la fertilité du sol.
L'Air et la Lumière
Outre l'eau et les nutriments, les plantes ont besoin d'air frais pour bien se développer. Une mauvaise circulation de l'air peut les empêcher d'extraire le dioxyde de carbone de l'air et de créer ainsi de la nourriture par photosynthèse. La lumière qui atteint la surface de la plante est soit réfléchie, soit absorbée, soit transmise, et elle aide les plantes à produire de la nourriture à partir du dioxyde de carbone et de l'eau en présence de chlorophylle.
La Température et le Climat
La température et le climat d'une région jouent un rôle important dans la détermination du type de plantes que l'on peut faire pousser. Ils diffèrent en fonction de l'altitude, de la latitude et de la topographie.