Botanique
La plupart des cucurbitacées sont des plantes grimpantes herbacées, portant des vrilles, adaptées aux climats chauds et sensibles au gel. La répartition naturelle de la plupart des espèces se situe sous les tropiques, mais certains genres (Bryonia, Cucurbita, Ecballium, Echinocystis) contiennent des espèces réparties dans les régions tempérées. En culture, les cucurbitacées sont réparties dans presque toutes les régions arables du monde. Les cucurbitacées qui ne sont pas adaptées aux températures fraîches et qui sont cultivées pour leurs fruits mûrs et leurs graines ne réussissent généralement pas dans les régions où les étés sont courts et frais. D’autres, plus particulièrement le concombre (Cucumis sativus) et la courge d’été (Cucurbita pepo), sont cultivés pour leurs fruits immatures et sont plus tolérants aux températures fraîches que la plupart des cucurbitacées, et ont donc une distribution particulièrement large en culture.
La plupart des espèces de cucurbitacées sont des mésophytes et ont de grandes feuilles palmées, des racines fibreuses et des fruits proéminents. Dans des conditions favorables, les plantes poussent et se propagent rapidement, les tiges pouvant s’allonger de 30 cm ou plus en 24 h. Le feuillage peut être glabre, faiblement ou raidement poilu, ou spiculé. Les plantes sont généralement monoïques, c’est-à-dire qu’elles ont des fleurs staminées (mâles) et pistillées (femelles) séparées sur la même plante. Le plus souvent, les fleurs sont productrices de nectar et butinées par les abeilles, avec des calices verts composés de cinq sépales soudés à la base et des corolles jaunes composées de cinq pétales soudés à la base. Les fleurs staminées se différencient aux nœuds inférieurs et sont produites en plus grand nombre que les fleurs pistillées. Cependant, une fois différenciées, les fleurs pistillées peuvent se développer plus rapidement que les fleurs staminées. Les fleurs staminées ont des pédicelles plus fins et plus longs que les fleurs pistillées. Les fleurs pistillées ont des ovaires inférieurs qui sont généralement de forme ronde ou ovale. En coupe transversale, on peut voir que l’ovaire triloculé contient 10 veines principales sous-épidermiques, dont cinq relient le pédicelle à la veine centrale de chaque sépale et cinq relient le pédicelle à la veine centrale de chaque pétale. En plus du système vasculaire principal de l’ovaire des cucurbitacées, il existe également un système vasculaire très anastomosé dans le fruit, qui contribue à une partie de la variabilité génétique de la structure du fruit dans la famille. Par exemple, la chair fibreuse de la courge spaghetti (Cucurbita pepo) et le filet fibreux de la courge éponge séchée (Luffa cylindrica) sont des produits de cette vasculature anastomosée.
Après la fécondation, l’ovaire se développe en un fruit charnu possédant un exocarpe, un mésocarpe et un endocarpe. Généralement, les fruits des cucurbitacées sauvages sont petits, ronds et verts, et la chair souvent extrêmement amère en raison de composés alcaloïdes appelés cucurbitacines. Un fruit peut contenir jusqu’à plusieurs centaines de graines, qui, à maturité, contiennent chacune deux cotylédons mais pas d’endosperme. Les graines ne sont pas amères et sont généralement plates, mais il y a un écart de plus de 10 fois dans la longueur des graines parmi les genres de cucurbitacées, de plusieurs millimètres à quelques centimètres.
La domestication de certaines des Cucurbitacées est ancienne, précédant celle de certaines cultures céréalières majeures. Il existe des preuves que Cucurbita pepo (citrouille, courge) a été domestiquée pour la première fois il y a au moins 10 000 ans. Plusieurs autres cucurbitacées ont également été domestiquées depuis des milliers d’années. Dans la Bible (Nombres 11:5), les Israélites se languissaient des avattihim (pastèques) et des qishu’im (melons, var. chate) d’Égypte lors de leur errance dans le désert du Sinaï.
A la suite des milliers d’années de domestication par l’homme, les cucurbitacées cultivées diffèrent de leurs homologues sauvages, le plus évidemment par leurs parties végétatives et reproductives plus grandes et moins nombreuses. Les formes cultivées ont des feuilles plus grandes, des tiges plus épaisses, moins de branches, des fruits et des graines plus gros et moins nombreux. Chez certaines formes cultivées, la forme des fruits n’est pas ronde mais nettement allongée. Les formes cultivées présentent également des couleurs et des motifs de couleurs différents. Les formes cultivées se distinguent aussi nettement de leurs cousines sauvages par des fruits plus appétissants, non amers et moins grossièrement fibreux, mais plus riches en amidon, en sucre et en caroténoïdes. Une richesse de variabilité pour la taille, la forme et la couleur des fruits se produit dans la famille des Cucurbitaceae.
Les traits de qualité souhaités dans les fruits de cucurbitacées matures sont dans certains cas les mêmes que ceux souhaités dans les fruits de cucurbitacées immatures, mais diffèrent dans d’autres cas. Certaines caractéristiques, telles que la douceur et la couleur de la chair, s’expriment pleinement dans les fruits matures mais quasiment pas dans les jeunes fruits. D’autres caractéristiques, telles que la taille de la cavité des graines, peuvent être importantes pour déterminer la palatabilité des fruits immatures, mais sont moins importantes dans les fruits matures. De nombreuses espèces de cucurbitacées cultivées l’ont été pour l’usage culinaire de leurs fruits immatures, et certaines pour leurs fruits matures. Quelques-unes, plus particulièrement les citrouilles et les courges (Cucurbita spp.) et les melons (Cucumis melo), ont été cultivées pour le double usage de leurs fruits immatures et de leurs fruits matures, ou pour l’usage des fruits immatures dans certaines régions mais pour l’usage des fruits matures dans d’autres régions, et possèdent par conséquent une grande variation intraspécifique dans les caractéristiques des fruits.
Parmi les cucurbitacées se trouvent certains des fruits les plus gros et à la croissance la plus rapide du règne végétal. Pour cette raison, certaines des plus grandes cucurbitacées ont servi de matériel expérimental pour étudier les taux de croissance, l’importation de glucides et la physiologie de translocation dans les fruits en développement. Les grosses citrouilles peuvent présenter des gains de poids sec de 1,71 g h-1, alors que les concombres et les melons à fruits plus petits peuvent augmenter leur poids sec de 100 à 500 mg h-1. Les grandes différences de taille et de forme des fruits chez les cucurbitacées sont déjà déterminées aux premiers stades du développement ovarien, avant et immédiatement après l’anthèse. Ces caractéristiques sont sous contrôle génétique strict, bien que des facteurs non génétiques tels que les conditions environnementales et la compétition intra-plante pour les photoassimilats jouent un rôle important dans la détermination de la taille des fruits. L’approvisionnement en assimilats sous forme de produits photosynthétiques peut souvent être un facteur limitant de la croissance des fruits et de leur taille finale.