La lumière et les plantes
Des semis et la lumière du soleil (amenic181, iStockphoto)
Des semis et la lumière du soleil (amenic181, iStockphoto)
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Apprends-en davantage sur le processus de la photosynthèse et découvre l’influence des niveaux de lumière sur ce processus.
Les facteurs de lumière qui influencent la photosynthèse
Les organismes qui peuvent faire de la photosynthèse sont très importants pour l’ensemble des écosystèmes. La photosynthèse est un processus chimique que l’on retrouve chez les plantes vertes. L’énergie lumineuse y est convertie en énergie chimique. Les plantes utilisent l’énergie de la lumière pour combiner l’eau (H2O) et le dioxyde de carbone (CO2). Cette réaction produit des glucides simples et de l’oxygène (O2). Un exemple de glucide simple est le glucose.
Le savais-tu?
Les glucides simples sont souvent appelés des « sucres ».
Chez les plantes, le contraire de la photosynthèse est la respiration cellulaire. La respiration cellulaire est une série de réactions chimiques. Les plantes reconvertissent le glucose en eau, en dioxyde de carbone et en énergie. Cette énergie est ensuite utilisée pour les processus métaboliques de base ainsi que pour la croissance. Différents organites (petits sous compartiments) des cellules sont responsables de la photosynthèse et de la respiration. La photosynthèse se produit à l’intérieur des chloroplastes. La respiration se produit à l’intérieur des mitochondries.
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Un diagramme en couleur illustre les étapes de la respiration cellulaire et de la photosynthèse.
Quatre illustrations sont disposées en cercle, reliées par des flèches noires incurvées pointant dans le sens des aiguilles d’une montre, en un cycle continu.
En haut, au centre, un rectangle bleu pâle contient les symboles chimiques du dioxyde de carbone et de l’eau. Il est étiqueté «Dioxyde de carbone + eau».
Ensuite, en dessous et à droite, se trouve une illustration d’un ovale vert pâle avec une base plate. La couche extérieure de cette structure est découpée pour révéler une pile de disques vert foncé. L'image est étiquetée «Chloroplaste (seulement des cellules végétales)». Une illustration du soleil avec une épaisse flèche jaune pointant vers la surface du chloroplaste se trouve au-dessus. Elle est étiquetée «Énergie (lumière)».
Ensuite, en dessous et à gauche, un rectangle vert pâle contient les symboles chimiques de l’oxygène et du glucose. Il est étiqueté «Oxygène + glucose». Entre le chloroplaste et ce rectangle se trouve le mot «Photosynthèse» en gros caractères verts.
Enfin, au-dessus et à gauche, est illustrée une structure en forme de haricot rouge avec une surface brun-rougeâtre. Elle semble coupée en deux, révélant une forme sinueuse longue et épaisse de couleur violette qui zigzague dans l'espace intérieur. Elle porte l'étiquette «Mitochondrie (cellules végétales et animales)». Une épaisse flèche brun-rouge étiquetée «Énergie (ATP)» pointe vers le haut.
Une flèche part de cette illustration vers la première étape: le dioxyde de carbone et l’eau. Entre les deux étapes se trouvent les mots «Respiration cellulaire» en gros caractères brun-rougeâtre.
Une journée dans la vie d’une plante
La photosynthèse et la respiration cellulaire se produisent toutes deux dans les cellules végétales. Au cours de la journée, la photosynthèse est le processus dominant. Au cours de la nuit, ou en l’absence de lumière, la photosynthèse des plantes cesse. C’est à ce moment que la respiration cellulaire devient le processus dominant.
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L’illustration en couleur comporte deux panneaux comparant la photosynthèse et la respiration cellulaire.
Le panneau de gauche est étiqueté «Le jour», dans le coin supérieur gauche. Dans la moitié inférieure du panneau se trouve une plante verte aux feuilles ovales et pointues, qui pousse dans un tas de terre brune. Le ciel derrière la plante est bleu pâle avec trois petits nuages bleu foncé. Dans le coin supérieur droit, un soleil jaune pâle brille sur la plante.
À droite de la plante se trouvent quatre étiquettes. En haut, le mot «Oxygène» apparaît au-dessus d'une flèche s'éloignant d'une feuille. Ensuite, les mots «Dioxyde de carbone» apparaissent de part et d'autre d’une flèche pointant vers une feuille. Troisièmement, les mots «Glucose produit» sont inscrits à côté de la plante, sans flèches. Enfin, le mot «Eau» se trouve au-dessus d’une flèche pointant vers une feuille.
Le panneau de droite est étiqueté «La nuit», dans le coin supérieur gauche. Il montre la même plante, avec un ciel bleu foncé parsemé d’étoiles blanches. Une pleine lune gris pâle se trouve dans le coin supérieur droit.
Les étiquettes ici sont blanches avec des flèches bleu pâle. Le mot «Oxygène» apparaît au-dessus d'une flèche pointant vers une feuille. Les mots «Dioxyde de carbone» apparaissent de part et d'autre d’une flèche s’éloignant d’une feuille. Les mots «Glucose utilisé» sont inscrits à côté de la plante, sans flèches. Enfin, le mot «Eau» se trouve au-dessus d'une flèche s'éloignant de la plante.
Attention aux fausses idées!
Toutes les plantes ne libèrent pas d’oxygène pendant la journée. Les cactus et les plantes du même genre maintiennent leurs stomates (des cellules spécialisées) fermés pendant la journée pour réduire la perte d’eau. Ces plantes libèrent donc de l’oxygène seulement la nuit, lorsque leurs stomates s’ouvrent.
Pour qu’une plante verte survive, grandisse et se reproduise, le taux de photosynthèse doit être supérieur au taux de respiration cellulaire. Autrement dit, la plante doit produire plus de glucose qu’elle n’en consomme.
Il existe deux façons d’augmenter la quantité de glucose qu’une plante peut produire.
- Augmenter l’intensité ou la force de la lumière.
Augmenter l’intensité ou la force de la lumière peut permettre, jusqu’à un certain point, d’augmenter la production de glucose. Au-delà de ce point, l’énergie de la lumière perçue en trop peut endommager les cellules végétales. Augmenter l’intensité de la lumière peut aussi augmenter la transpiration. Les feuilles risqueraient de se flétrir. - Prolonger la durée de la lumière.
Il n’est généralement pas possible d’augmenter le nombre d’heures d’ensoleillement dans une journée. Pour prolonger la durée d’ensoleillement, il faut un éclairage artificiel.
Point de compensation de la lumière
À une certaine intensité lumineuse, le taux d’absorption de CO2 est le même que le taux de production de CO2. Cette intensité correspond au point de compensation de la lumière.
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Photosynthèse, respiration et point de compensation de la lumière.
L'illustration montre un graphique qui indique les niveaux de la photosynthèse et de la respiration pendant le jour et la nuit. L’arrière-plan est divisé en trois sections. Dans la section de gauche, qui est plus étroite, une zone bleu foncé est étiquetée comme étant la nuit. Dans la section du centre, qui est environ quatre fois plus large, apparaît un dégradé de haut en bas allant du jaune au bleu étiqueté comme étant le jour. Dans la section de droite, aussi étroite que celle de gauche, une autre zone bleu foncé est étiquetée comme étant la nuit. Une ligne en forme de parabole traverse l’arrière-plan. Le sommet de la parabole se trouve au milieu du segment de jour. Le segment de ligne qui recouvre les segments de nuit est de couleur rouge et le segment de ligne qui recouvre le segment de jour est de couleur verte. La partie verte de la ligne représente la période pendant laquelle les plantes absorbent le dioxyde de carbone et où la photosynthèse est supérieure à la respiration. La partie rouge de la ligne représente la période pendant laquelle les plantes produisent du dioxyde de carbone et où la photosynthèse est inférieure à la respiration. Ces informations sont présentées sous forme de texte de chaque côté de l’image d’arrière-plan. Une ligne pointillée blanche s’étend horizontalement sur l’image d’arrière-plan à l’endroit où la parabole traverse la frontière entre le jour et la nuit. Cette ligne est étiquetée comme le point de compensation de la lumière.
La qualité de la lumière et la photosynthèse
La photosynthèse se produit dans les chloroplastes des feuilles d’une plante. La chlorophylle, un pigment, est au cœur de ce processus. Les molécules de chlorophylle capturent l’énergie du soleil. Les molécules absorbent principalement l’énergie des zones bleue et rouge du spectre visible de la lumière. En revanche, elles reflètent la lumière de la zone verte du spectre. C’est pour cette raison que les feuilles nous paraissent vertes. Pour en savoir plus sur la chlorophylle et les autres pigments végétaux, consulte la ressource sur le rôle des pigments végétaux.
Lorsque tu fais pousser des plantes à l’intérieur, le type d’ampoule que tu utilises fait une grande différence. Les plantes poussent mieux sous des ampoules qui émettent de la lumière bleue et rouge. Les ampoules qui n’émettent pas de lumière rouge ou bleue peuvent avoir une incidence négative sur la croissance des plantes. Lorsque tu fais pousser des plantes sous un éclairage artificiel, pense à utiliser des ampoules lumière du jour à spectre complet, ou des ampoules à lumières DEL rouges et bleues.
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Semis de tomates sous une lampe de croissance pour plantes.
Une photographie en couleur montre des semis de tomates poussant dans un bac en plastique sous une grosse lampe.
Un plateau en plastique transparent rempli de terre occupe la majeure partie du cadre. Dix-sept semis vert pâle avec de longs cotylédons poussent directement du sol. Au-dessus et à gauche du plateau, l'abat-jour d’une grosse lampe métallique ronde est visible. Sa surface inférieure est recouverte de nombreuses rangées de diodes électroluminescentes. La plupart d’entre elles sont orange, mais il y a un cercle intérieur de diodes bleues près du bord de l'abat-jour.
La zone autour du plateau est sombre, et la lampe éclaire les semis d'une lumière violette.
Le photopériodisme chez les plantes
Lorsque tu fais pousser des plantes à l’intérieur, tu dois aussi te soucier de la durée d’exposition à la lumière. Par exemple, certaines plantes ne fleurissent que lorsqu’elles ont un certain nombre d’heures de lumière. Le terme employé pour décrire ce phénomène est « photopériodisme ».
Certaines plantes fleurissent en fonction de la durée des périodes d’obscurité et d’ensoleillement. Les plantes héméropériodiques, ou plantes de jours longs, attendent que la nuit soit suffisamment courte pour fleurir. Ces plantes englobent celles qui fleurissent en été, comme les coquelicots, les tournesols et les épinards. Les plantes nyctipériodiques, ou plantes de jours courts, attendent que la nuit soit suffisamment longue pour fleurir. Ce sont des plantes comme les chrysanthèmes, les poinsettias et les cactus de Noël. D’autres plantes, comme les tomates, sont des plantes à jour neutre. Elles ne fleurissent que lorsqu’elles ont atteint une certaine maturité.
En savoir plus
Introduction à la photosynthèse
Cette leçon par Khan Academy explique les processus impliqués dans la photosynthèse. Il comprend également une vidéo et des exercices.
Photosynthèse et chlorophylle
Cette fiche d'information par Le Service canadien des forêts explique la photosynthèse et inclut une expérience sur la chlorophylle.
La photosynthèse et la respiration cellulaire
Cette page d'Allô Prof présente le processus de la photosynthèse et la respiration cellulaire.
Les effets de la lumière sur les plantes
Cette vidéo par l’Université de Liège explique les effets de la lumière et ces différentes couleurs sur le développement des plantes.
Références
BBC Bitesize. (n. d.) Factors affecting photosynthesis - What happens during photosynthesis? - OCR 21C - GCSE Combined Science Revision - OCR 21st Century.
Crop King Incorporated. (n. d.) Light in the Greenhouse: How Much is Enough?.
Khan Academy. (n. d.) Phototropism & photoperiodism.
Lanoue, J., Leonardos, E. D., and Grodzinski, B. (2018). Effects of Light Quality and Intensity on Diurnal Patterns and Rates of Photo-Assimilate Translocation and Transpiration in Tomato Leaves. Frontiers in Plant Science, 04 June 2018. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00756.
May, P. (n. d.) Photosynthetic Cells. University of Bristol School of Chemistry.