L'organisation fonctionnelle des plantes à fleurs

Les plantes étudiées ici, les Angiospermes ou plantes à fleurs, sont formées d'un appareil végétatif, constitué de racines ancrées dans le sol et qui portent des tiges feuillées qui se développent en milieu aérien, au contact de l'atmosphère. En raison de sa vie fixée, la plante réalise des échanges d'énergie et de matière avec le milieu par l'intermédiaire de surfaces d'échanges externes très développées.
La partie souterraine de la plante est constituée de l'appareil racinaire, qui assure à la fois l'ancrage du végétal et l'absorption de l'eau et des ions minéraux du sol, indispensables à la photosynthèse. Les racines des plantes possèdent des structures spécialisées pour cette absorption : les poils absorbants. Ils forment une surface d'échange importante avec le sol. Chez de nombreuses espèces végétales, la surface d'absorption racinaire est augmentée par des associations symbiotiques entre la plante et des champignons, les mycorhizes.
Les feuilles, portées par les tiges, sont le lieu de collecte de l'énergie lumineuse et d'échanges de gaz avec l'atmosphère. Elles sont formées de cellules chlorophylliennes qui, à partir d'eau et du dioxyde de carbone atmosphérique, synthétisent des glucides lors de la photosynthèse. Les échanges de molécules gazeuses de CO₂, d'O₂ et d'H₂O entre les feuilles et l'atmosphère s'effectuent au niveau de structures spécialisées : les stomates.

L'architecture de la plante est le résultat de la mise en place des différents organes et de leur croissance en longueur, aussi bien qu'en largeur. La croissance en longueur des racines et des tiges est localisée à leur extrémité.
Au niveau de la racine, la croissance s'effectue dans le méristème racinaire situé de quelques millimètres à quelques centimètres de l'extrémité racinaire. Ce méristème est constitué de cellules indifférenciées de petite taille, qui se divisent activement. Les cellules nouvellement formées, situées le plus près de l'extrémité racinaire, continuent leurs divisions. Les autres cellules, situées plus loin de cette extrémité, cessent leurs divisions, subissent une élongation cellulaire dans le sens de la longueur de la racine, puis se différencient en formant les différents tissus racinaires.

Le développement de la tige principale s'effectue au niveau du bourgeon apical, situé à son extrémité. Une tige est formée d'une succession de nœuds, où s'insèrent les feuilles, séparés par des régions dépourvues de feuilles, les entre-nœuds. Les bourgeons axillaires, situés au niveau de l'insertion de chaque feuille sur la tige principale, permettent le développement de ramifications. Les bourgeons apicaux et axillaires présentent la même organisation : ils sont constitués d'un méristème apical caulinaire (c'est-à-dire formant les tiges et les feuilles), localisé à leur extrémité et recouvert d'ébauches de feuilles. Ces ébauches foliaires, d'autant plus jeunes qu'elles sont proches du méristème apical caulinaire, portent chacune à leur aisselle un amas de cellules méristématiques. Ces cellules indifférenciées et de petite taille se divisent, produisant les ébauches foliaires et les massifs de cellules méristématiques associés. Une partie des cellules produites par le méristème apical caulinaire cessent de se diviser, s'allongent dans le sens de la longueur de la tige, puis se différencient en formant les tissus des tiges et des feuilles. Les massifs de cellules méristématiques situés à l'aisselle des ébauches foliaires forment les bourgeons axillaires. Le développement des ramifications de la tige à partir des bourgeons axillaires est semblable à celui de la tige à partir du bourgeon apical. La tige présente ainsi une organisation modulaire sous forme de phytomères caulinaires, formés chacun d'une courte partie supérieure, le nœud, superposée à une partie inférieure plus ou moins allongée, l'entre-nœud. La géométrie de l'empilement des phytomères et leur fonctionnement déterminent l'architecture de la plante.