LE CHAMPIGNON

 
Introduction
 
Comment un filament mycélien microscopique produit-il un champignon macroscopique?

Les champignons sont des organismes eucaryotes (dont les cellules sont composées d'un noyau et de mitochondries) pluricellulaires ou unicellulaires. Le terme « champignon » est devenu ambigu, car il englobe plusieurs espèces. Ce que nous appelons couramment « champignon » n'est en fait que la fructification temporaire et visible nommée le sporophore, qui se présente souvent sous forme d'un pied portant un chapeau. Le sporophore existe aussi, selon les espèces, sous forme de petits buissons (clavaires), de langue sur le tronc des arbres (fistulines), de coupes (pézizes) ou encore de sphères (vesses-de-loup) et bien d'autres encore. Les champignons ont longtemps été classé parmi les plantes, ce qui n'est plus le cas aujourd'hui. Ils s'en différencient car ils ne possèdent pas de chlorophylle, donc ils ne peuvent pas utiliser la lumière du soleil comme source d'énergie, et ils doivent utiliser de la matière organique pour se nourir alors que les plantes utilisent de la matière minérale.

Photographie de plusieurs champignons de Paris

 

I. Qu'est-ce qu'un champignon?


A. Les deux familles de champignon

Les champignons sont classés selon leurs caractéristiques physiques, leurs organes reproducteurs (pied, chapeau), si ils sont stables au cours de l'évolution et dans une population ( forme, taille, couleur...). Il existe deux familles de champignons : 

- les ASCOMYCETES (environ 60000 espèces) : ils sont caractérisés par des spores ( cellules reproductrices) formées à l'intérieur des asques (organes reproducteurs à l'intérieur desquels se forment généralement 8 spores), ils sont utiles à l'Homme : les levures, les morilles, les pézizes, les truffes (et lichens), mais ils sont aussi agents de nombreuses maladies de plantes. C'est la plus grande famille de champignons.


Asques de morilles
 

- les BASIDIOMYCETES (environ 25000 espèces) : ils contiennent la plupart des espèces désignées comme "champignons" dans la langue courante, ils sont caractérisés par des spores formées à l'intérieur des basides (organes principaux de reproduction des champignons, ils contiennent des structures spécialisées et terminées par un nombre variable de pointes portant chacune une spore), ils sont classées par critères morphologiques (pied, chapeau, consistance de la chair, couleur des spores...), par critères organoleptiques (odeur et saveur) et par critères chimiques.
Il existe différents types de basidiomycètes tels que les champignons à lamelles, les bolets et les polypores (champignons à pores), les phalles, les vesses et les géastres, les champignons en gelée, en coupe et bien d'autres types.
Nous étudierons ici les champignons de Paris, qui appartiennent aux champignons basidiomycètes.


Basides, vue en microscopie à balayage

 

B. Le mode de reproduction

Les champignons possèdent deux types de reproduction : 

- la reproduction sexuée (teleomorphe) : selon le groupe auquel appartient le champignon, les spores vont être regroupées dans des sortes de sac, les asques, ou portés par des basides qui constitueront l'hyménium (partie fertile des champignons).

- la reproduction asexuée ou multiplication végétative (anamorphe) : elle se fait par la formation des spores mitotiques formées à partir du mycélium (partir végétative des champignons, elle est composée d'un ensemble de filaments appelés hyphes). Les spores sont ensuite dispersées et véhiculées par l'eau ou l'air, et vont coloniser d'autres supports sur lesquels elles vont germer.

Il existe deux sortes de spores pour la reproduction asexuée...
- les spores sèches : elles sont transportées par les courants d'air, les vêtements..
- les spores humides : elles sont véhiculées par l'eau.
... et deux sortes d'hyphes :
- les hyphes végétatifs : ils sont plus ou moins enfouis dans la matière organique
- les hyphes reproducteurs : ils sont aériens.

Pour se reproduire, les champignons génèrent des spores. Lors de la reproduction asexuée, les champignons "supérieurs" développent un appareil particulier appelé sporophore, constitué d'un pied et d'un chapeau. Les champignons "inférieurs" produisent aussi des sporophores mais qui sont, eux, microscopiques. Les différents organes reproducteurs sont les zygosporanges (qui sont des structures résistantes qui se forment durant la reproduction sexuée), les asques et les basides. Lorsque le champignon est mûr, les spores, fabriquées par les organes reproducteurs, sur les cellules reproductrices tombent au sol. Les spores n'ont pas de noyau, ni de sexe, mais une polarité (+ ou -).
 

Schéma d'un cycle de reproduction d'un champignon de Paris


 

C. Construction d'un filament mycélien

Le filament mycélien est aussi appelé mycélium. Le mycélium a trois grandes fonctions :
- la sécrétion : il sécrète des enzymes puissantes lui permettant de décomposer la matière organique la plus résistante.
- l'absorption : il absorbe les éléments carbonés nécessaires à la survie des cellules.
- il a aussi un rôle vital dans plusieurs écosystèmes en contribuant à augmenter l'efficacité de l'absorption de l'eau et des nutriments de nombreuses plantes.

Lorsque la germination (le développement) d'une spore est terminée, cette dernière se détache du sporophore et tombe sur le sol, où elle donne ensuite naissance à un mycélium primaire (avec un noyau haploïde, donc n chromosomes). Le mycélium reste stérile, il lui faut rencontrer un autre mycélium primaire porteur de la polarité inverse (si le premier mycélium est de polarité +, l'autre devra être de polarité -, et vice versa). Les deux mycéliums fusionnent et donnent naissance à un mycélium secondaire fertile et porteur de cellules  à deux noyaux (donc n+n chromosomes) qui fusionnent pour donner un mycélium à cellules à un noyaux dihaploïde (2n chromosomes). Les filaments mycéliens se ramifient et divergent dans toutes les directions. Dans des conditions idéales, le mycélium forme un disque à la surface du substrat. 

Lorsque le mycélium a accumulé suffisamment de réserves et que les conditions climatiques sont favorables, un primordium (ébauche d'organe du champignon) se développe, à partir du filament mycélien, jusqu'à former un sporophore (organe de reproduction et de fructification) qui à son tour donnera naissance à d'autres spores.

Photographie de filaments mycéliens


 

II. Détermination de la taille des cellules du filament mycélien et des cellules du champignon de Paris
 

A. Observation d'un filament mycélien
 

Pour connaitre le nombre de cellules dans un filament mycélien, nous avons observé au microscope optique un mélange composé d'eau et de terre afin de trouver un filament mycélien. Après avoir mélangé notre solution, nous avons donc trouvé un filament mycélien. Nous avons ensuite pris ce filament, nous l'avons découpé et déposé sur une lame sur laquelle nous avons déposé une goutte de bleu de méthylène pour faciliter la vision des cellules, puis nous l'avons observé au microscope optique.
Le matériel utilisé est : un microscope optique, une solution de terre et d'eau contenant un filament mycélien, une lame, une lamelle, du bleu de méthylène (colorant), un scalpel, une caméra et un ordinateur. Pour mesurer la taille des différentes cellules, nous avons utilisé une lame graduée, 10µm correspond à environ à 5,8cm.

Nous avons ensuite pris les mesures du filament mycélien à différents endroits :
 - longueur : 20µm et largeur : 1µm
- longueur : 9µm et largeur : 1µm
- longueur : 15µm et largeur : 0.5µm
Moyenne : longeur : 14.5µm et largeur : 0.8µm

 

 

 

 

 



B. Observation d'un champignon à échelle macroscopique

Nous avons observé à échelle macroscopique un champignon de Paris. Nous avons pu observer que le champignon était composé d'un chapeau en dessous duquel se situent des lamelles, un pied, un anneau et une volve.

Schéma d'un champignon de Paris

Nous avons ensuite mesuré le volume de deux champignons de tailles différentes grâce à une éprouvette graduée et de l'eau.
Résultats :
- petit champignon: eau= 60mL et avec ajout du champignon= 69mL, donc volume du petit champignon= 9mL=0.9cm3
- gros champignon: eau= 60mL et avec ajout du champignon= 75mL donc volume du gros champignon= 15mL=1.5cm3


 

III. Comment le filament mycélien devient-il un champignon?


A. Cycle de développement du champignon
 

Le cycle de vie d'un champignon basidiomycète contient plusieurs étapes. Tout d'abord, il y a la germination d'une spore (élément unicellulaire reproducteur) qui produit le mycélium primaire: c'est un filament avec des celulles comportant un noyau à n chromosome. Ensuite, le mycélium primaire se développe, il rencontre un autre mycélium compatible, c'est à dire à polarité (sexe) complémentaire. Il va alors se produire la plasmogamie, une fusion des cytoplasmes de deux cellules de chaque mycélium, donc une apparition de deux noyaux à n chromosomes. Cette cellule, en se divisant, va former le mycélium secondaire. Le mycélium secondaire forme le primordium qui est une pelote de mycéliums, c'est l'ébauche du futur sporophore formé de deux noyaux. Puis, le sporophore développe une partie fertile appelée l'hyménium: il s'agit de lames, de tubes, de pores, d'aiguillons... où vont se développer les cellules fertiles. Le sporophore sert donc de support aux cellules fertiles, qui vont subir la caryogamie, qui est la fusion des noyaux, les deux noyaux à n chromosomes vont former un unique noyau à 2n chromosomes. Puis, après le caryogamie, cette nouvelle cellule à 2n chromosomes, appelée zygote, qui va subir la méiose (division cellulaire qui aboutit à la production de cellules sexuelles ou gamètes pour la reproduction) et va former généralement 4 spores à n chromosomes. Les spores ont pour but de disseminer le champignon au loin, essentiellement grâce au vent. La spore va tomber sur un substrat et si celui-ci est propice, la spore va germer et former un mycélium primaire et le cycle recommence.



B. Détermination du nombre de divisions cellulaires
 

Expérience : observation des différentes cellules de deux champignons de tailles différentes
Matériel utilisé : deux champignons de tailles différentes, un microscope optique, une caméra, un ordinateur, des lames, des lamelles, du bleu de méthylène et un scalpel. 
Nous avons commencé par couper les deux champignons: une partie du pied et du chapeau du petit champignon, et une partie du pied et du chapeau du grand champignon. Nous avons ensuite mis ces morceaux sur des lames, sur lesquelles nous avons ajouté du bleu de méthylène. Puis, nous avons observé les différentes lames au microscope optique et nous avons pris des photos grâce à la caméra. 
 

 

 

 

 

 

Photographies des cellules du pied (à droite) et du chapeau (à gauche) du gros champignon grâce à une caméra, observation au microscope optique

 

 

 

 

 

Photographies des cellules du pied (à droite) et du chapeau (à gauche) du petit champignon grâce à une caméra, observation au microscope optique

Grâce à la lame graduée, nous avons pu mesurer la longueur et la largeur des cellules du chapeau et du pied de ces deux champignons: 

- pied du petit chammpignon: largeur= 1.5µm et longueur= 7µm
- chapeau du petit champignon: largeur= 1µm et longueur= 5µm
- pied du gros champignon: largeur= 1.5µm et longueur= 7µm
- chapeau du gros champignon: largeur= 1µm et longueur= 5µm

Nous avons ensuite calculé le volume de ces cellules. 
Si les cellules sont des parallélépipèdes: 
- pied du petit champignon= 15.75µm3
- chapeau du petit champignon= 5µm3
- pied du gros champignon= 15.75µm3
- chapeau du gros champignon= 5µm3

Si les cellules sont des cylindres:
- pied du petit champignon= 32.9µm3
- chapeau du petit champignon= 15.7µm3
- pied du gros champignon= 32.9µm3
- chapeau du gros champignon= 15.7µm3

Lorsque l'on fait la moyenne on obtient:
- pied du petit champignon= 24.3µm3
- chapeau du petit champignon= 10.4µm3
- pied du gros champignon= 24.3µm3
- chapeau du gros champignon= 10.4µm3

Pour obtenir le nombre de divisions cellulaires (nombre de cellules dans un champignon), on divise le volume du champignon par le volume d'une cellule (soit du chapeau, soit du pied). 

Pour le plus petit champignon d'un volume de 0.9cm3, on prend le volume d'une cellule du pied qui est de 2.43.10-11cm3 : 0.9/2.43.10-11= 3.70.1010, 
Pour le volume d'une cellule du chapeau qui est de 1.04.10-11cm3, on a : 0.9/0.4.10-11= 0.65.1010
Il y a donc 3.70.1010 cellules dans le pied du petit champignon et 8.65.1010 dans le chapeau.

Pour le gros champignon d'un volume de 1.5cm3, on prend le volume d'une cellule du pied qui est de 2.43.10-11cm3:
1.5/2.43.10-11= 6.17.1010. 
Pour le volume d'une cellule du chapeau qui est de 1.04.10-11cm3: 1.5/1.04.10-11= 1.44.10-11.
Il y a donc 6.17.1010 cellules dans le pied du gros champignon et 1.44.1011 dans le chapeau.

 

Conclusion
 

Le cycle de vie d'un champignon comprend donc plusieurs étapes. Tout d'abord, il y a la germination d'une spore, produisant le mycélium primaire (filament avec des cellules avec un noyau à n chromosomes). Le mycélium, aussi appelé filament, a une longeur de 14.5µm et une largeur de 0.8µm. Ensuite, ce mycélium rencontre un autre mycélium, ils fusionnent et il va ensuite se former la plasmogamie (fusion des cytoplasmes de deux cellules des deux mycéliums). Cette cellule, en se divisant, va former un mycélium secondaire, qui à son tour, va former le primordium (pelote de mycéliums) qui est l'ébauche du sporophore (2 noyaux). Le sporophore développe ensuite une partie fertile appelée l'hyménium où sont se développer les cellules fertiles, qui par la suite, vont subir la caryogamie (fusion des noyaux, un noyau =2n). Puis cette nouvelle cellule a 2n chromosomes, appelée zygote, va subir la méiose (division cellulaire aboutissant à la production de cellules sexuelles) et va former 4 spores. Les spores ont pour but de disséminer le champignon au loin, grâce au vent, la spore va ensuite tomber sur un substrat et s'il est propice, le spore va germer et former un mycélium primaire et le cycle recommence.