Système racinaire                  

Le système racinaire est pivotant, vigoureux, profond, bien ramifié et fibreux, ce qui confère vraisemblablement à la plante une bonne résistance à la sécheresse et une bonne stabilité. La racine pivotante se distingue aisément des multiples racines latérales, malgré leur enchevêtrement. Lors de la germination, la première à s’allonger est la radicule qui continue à  pousser et forme la racine qui, en cas de sécheresse, peut s’enfoncer dans le sol jusqu’à 1,80 m ainsi que latéralement. Ses radicelles (ou chevelu racinaire) apparaissent à différentes hauteurs et peuvent être très fines et frêles. Exceptionnellement, la plante bascule sous l’effet du vent ou de l’humidité excessive, ou encore sous le poids de la panicule. La profondeur de la racine est directement liée à la taille de la plante.

La profondeur des racines, les ramifications et la distribution des radicelles varient en fonction du génotype. Certains génotypes tolèrent mieux une humidité excessive grâce à leur système racinaire plus étendu.

Tige

La tige est cylindrique au niveau du collet et anguleuse à partir des ramifications, les feuilles alternées présentant une configuration exceptionnelle. L’épaisseur de la tige est variable, certains génotypes ont d’abondantes ramifications (quinoa des vallées), y compris de la base (quinoa du niveau de la mer), tandis que d’autres ont une tige unique (quinoa de montagne), comme les génotypes intermédiaires. La couleur de la tige varie du vert au rouge selon le génotype, la densité des semis et la disponibilité de nutriments. Elle présente très souvent des stries et des aisselles pigmentées de couleur rouge ou pourpre.

La tige possède un épiderme cutinisé, une écorce ferme et compacte avec des membranes cellulosiques. Elle renferme une moelle qui devient creuse et spongieuse à maturité. En raison de sa teneur élevée en pectine et en cellulose, la tige peut servir à la fabrication de pâte et de papier. L’architecture de la plante peut être modifiée sous l’effet d’attaques de ravageurs, de dégâts mécaniques et de pratiques culturales comme la densité des semis et les engrais organiques.

Le diamètre de la tige varie selon les génotypes, la distance entre les semis, la fertilisation et les conditions de culture. Il peut osciller entre 1 et 8 cm.

Feuilles

Les feuilles, alternes, consistent en un pétiole et un limbe foliaire. Les tiges sont longues, fines et cannelées sur leur partie supérieure. Elles sont de longueur variable sur une même plante. Le limbe est polymorphe – en forme de losange, de triangle ou lancéolé, plat ou onduleux, plutôt épais, charnu et tendre, recouvert de cristaux d’oxalate de calcium, rouge, pourpre ou cristallin sur les deux faces. Les feuilles sont relativement hygroscopiques, absorbant l’humidité nocturne. Elles contrôlent la transpiration excessive en humidifiant les cellules stomatiques de garde et reflètent les UV pour réduire le rayonnement solaire direct, évitant ainsi la surchauffe. Leurs bords sont dentelés, serrés ou lisses. Le nombre de dents varie selon le génotype, et peut aller jusqu’à 25. La taille des feuilles est également variable; dans la partie basse, elles sont grandes, rhomboïdes et triangulaires, tandis que vers le haut de la plante, elles sont petites et lancéolées, émergeant souvent de l’inflorescence sur seulement 10 mm de long et de 2 mm de large.

La couleur des feuilles varie considérablement - du vert au rouge, avec différentes tonalités. Elles peuvent mesurer jusqu’à 15 cm de long sur 12 cm de large. Elles portent des nervures très marquées en prolongement du pétiole qui sont généralement au nombre de trois. Certains génotypes comportent un grand nombre de feuilles, d’autres moins; Les quinoas de vallée ont généralement un feuillage abondant, ce qui en fait une bonne source de fourrage.

La couleur des feuilles varie selon le génotype: pigments rouges, pourpres et jaunes dus à la présence de bétalaïnes (bétacyanines pour le rouge-pourpre et bétaxanthines pour le jaune).

Inflorescence

C’est une panicule typique, constituée d’un axe central et de ramifications secondaires et tertiaires, ainsi que de pédicelles qui soutiennent les glomérules, en raison de la configuration des fleurs et de l’axe principal plus développé que les axes secondaires. Les panicules sont peu cohésives (amaranthiformes) ou compactes (glomériformes), avec des formations intermédiaires présentant des caractéristiques de transition entre les deux groupes. Elles sont glomériformes quand les inflorescences forment des groupes sphériques compacts avec des pédicelles courts et très rapprochés, ce qui leur donne un aspect très dense (racème). Elles sont amaranthiformes quand les glomérules sont allongés et l’axe central comporte de nombreuses ramifications secondaires et tertiaires regroupant les fleurs en grappes relativement lâches. Ce terme dérive de sa similitude à l’inflorescence du gène Amaranthus.

La longueur de la panicule est variable, en fonction du génotype, du type de quinoa, du lieu de croissance et des conditions de fertilité du sol. Elle atteint 30 à 80 cm de long pour 5 à 30 cm de diamètre. Le nombre de glomérules par panicule oscille entre 80 et 120, celui des graines entre 100 et 3 000. Les panicules de grande taille peuvent produire jusqu’à 500 grammes de graines par inflorescence.

Fleurs

Les fleurs sont petites, incomplètes, sessiles et sans pétales. Elles sont formées d’une corolle constituée de cinq segments tépaloïdes et sépaloïdes pouvant être hermaphrodites, pistillées (femelle) et androsteriles, soit autogames ou allogames.

Les fleurs présentent généralement un périgone sépaloïde entouré de cristaux d’oxalate de calcium qui sont généralement cristallins, avec cinq sépales verts, un androcée à cinq étamines courtes, des courbes jaunes et de petits filaments, et un gynécée avec un stigmate central, plumeux et ramifié avec deux ou trois rameaux stigmatiques. L’ovaire est ellipsoïdal, supérieur et uniloculaire. Les fleurs hermaphrodites du glomérule sont apicales et dépassent les pistillées.

Les fleurs sont de petite taille (max. 3 mm) dans le cas des hermaphrodites, et les pistillées sont encore plus petites, ce qui rend difficile la manipulation pour les croisements et la castration.

Fruits

Le fruit est un akène issu d’un ovaire uniloculaire supérieur. Il présente une symétrie dorso-ventrale, est de forme cylindrique à lenticulaire, légèrement plus large vers le centre. La partie ventrale de l’akène porte une cicatrice due à l’insertion du fruit dans le réceptacle floral. Le périgone recouvre entièrement la graine et contient une seule semence de couleur variable au diamètre de 1,5 à 4 mm. Il se détache facilement une fois arrivé à maturité, et peut parfois rester soudé à la graine, y compris après le battage, ce qui complique la sélection.

Le périgone a l’aspect d’une membrane de couleur ivoire opaque. Sa structure est alvéolaire avec une strate de cellules polygonales arrondies et des parois fines et lisses.

Le fruit est sec et indéhiscent dans la plupart des génotypes cultivés, et les graines tombent à maturité dans la nature ou dans des accessions de banques de matériel génétique.

Graines

La graine est le fruit mûr sans périgone. Elle est de forme lenticulaire, ellipsoïdale, conique ou sphérique et comporte trois parties bien définies: l’épisperme, l’embryon et le périsperme. L’épisperme est composé de quatre couches: une couche externe coriace et fragile, qui se délite facilement et qui contient la saponine, laquelle confère au quinoa son goût amer et dont l’adhérence à la graine est variable en fonction du génotype; ses cellules sont allongées avec des parois droites. La deuxième couche est très fine et lisse et est visible uniquement lorsque la couche externe est translucide. La troisième couche est jaune, fine et opaque, tandis que la quatrième est translucide et formée d’une seule strate de cellules.

L’embryon est formé de deux cotylédons et de la radicule, et représente 30% du volume total de la graine qui enveloppe le périsperme comme un anneau, avec une courbure de 320 degrés. Il est jaunâtre et mesure 3,54 mm de long sur 0,36 mm de large. Dans certains cas, il peut atteindre 8,2 mm de long. Il représente 34% de la graine et on y trouve fréquemment trois cotylédons. Par rapport aux autres graines, il a la teneur la plus élevée en protéines (35-40%), tandis que le périsperme ne constitue que 6,3 à 8,3 % des protéines totales. La radicule a une pigmentation marron foncé.

Le périsperme, principal tissu de stockage, est constitué essentiellement de grains d’amidon. Il est de couleur blanchâtre et représente pratiquement 60% de la surface de la graine. Il a de grandes cellules, plus grandes que celles de l’endosperme, de forme polygonale, avec des parois étroites et fines et de grands agrégats d’amidon. Ces agrégats sont constitués de milliers de granules individuels d’amidon de forme essentiellement hexagonale.

Le quinoa a également un endosperme cellulaire formé par plusieurs couches qui entourent complètement l’embryon dont il est séparé par un espace d’air. Il est probable que quand la graine est hydratée, les cellules de l’endosperme entrent en contact avec l’embryon qui le consomme rapidement durant sa croissance.