Dossier - La Photosynthèse : généralités

François Moreau, Roger Prat (Université Pierre et Marie Curie)
adaptation : Gilles Furelaud

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5- Influence des conditions du milieu

Sommaire

Introduction

La photosynthèse est influencée par les facteurs de l'environnement : la lumière (source d'énergie), le CO2 (source de carbone) et la température (qui affecte l'ensemble des réactions biochimiques).
La photosynthèse est un processus complexe qui fait intervenir de nombreuses étapes qui sont affectées de manière différente par les facteurs de l'environnement ; de ce fait, les facteurs externes agissent indépendamment les uns des autres et le phénomène global obéit à la loi dite des "facteurs limitants" que l'on peut énoncer de la façon suivante : lorsqu'un processus est contrôlé par plusieurs facteurs agissant indépendamment, son intensité est limitée par le facteur qui présente la valeur minimum. Le facteur est alors limitant et la vitesse du processus est proportionnelle à la valeur de ce facteur.

Mesure de la photosynthèse

Pour pouvoir étudier les facteurs externes influant sur la photosynthèse, encore faut-il être capable de mesurer celle-ci. Dans cette optique, un certain nombre de paramètres peuvent être pris en compte, et en particulier l'incorporation du carbone dans les molécules organiques, l'évolution de la concentration en CO2, ou encore l'évolution de la concentration en oxygène.

Une solution simple et quantitative est l'utilisation d'une électrode à oxygène pour mesurer l'évolution de la concentration en oxygène. Ainsi, on observe à la lumière un dégagement d'oxygène. La mesure de ce dégagement correspond à la photosynhèse nette (Pn). En effet, la plante, dans le même temps, réalise la respiration cellulaire, et consomme ainsi de l'oxygène, ce qui fausse cette mesure... La solution est alors de mesurer la consommation d'oxygène à l'obscurité, qui correspond à la respiration (Ro). On obtient alors la valeur de la photosynthèse brute (Pb) par la formule suivante :

Pb = Pn - Ro

explication des paramètres de mesure ; les différentes techniques de mesure ; détails sur l'électrode à oxygène...

Influence de la lumière

La photosynthèse se réalise en présence de lumière. Il est possible de quantifier ce phénomène, en éclairant des plantes avec une source lumineuse permettant de réaliser une gamme d'intensités (flux de photons) déterminées.


Influence de l'éclairement sur la photosynthèse nette.

On obtient ainsi des courbes biphasiques, permettant de déterminer plusieurs paramètres :

Il est aussi possible d'étudier l'influence qualitative de la lumière, en réalisant le spectre d'action de la lumière sur le végétal étudié. On peut ainsi s'apercevoir que toutes les radiations lumineuses ne sont pas aussi efficaces pour la photosynthèse.

Etude du spectre d'action, détermination du rendement quantique en fonction de la longueur d'onde

Comparaison de la photosynthèse de plantes de lumière et de plantes d'ombre


Courbes de saturation de la photosynthèse en fonction de la densité du flux de photons chez une plante de lumière et une plante d'ombre.
Les autres facteurs (concentration en CO2 atmosphérique, température 25°C) sont maintenus constants. IC, intensité de compensation ; IS, intensité saturante ; Rendement quantique foliaire. En bleu : plantes d'ombre ; en rouge : plantes de lumière.

Quand on compare le comportement de ces deux types de plantes on constate que :

En d'autres termes, les plantes d'ombre présentent une intensité photosynthétique optimale et une intensité de compensation plus faible, mais une efficacité dans l'absorption des photons plus élevée (plantes des sous bois). Inversement, les plantes de lumière sont moins efficaces dans la capture des photons mais elles fixent davantage de CO2 (ex : plantes cultivées).

Influence de la concentration en CO2

Les plantes aériennes assimilent le CO2 atmosphérique (0,035% de CO2) tandis que les plantes aquatiques absorbent soit le CO2 dissous (concentration faible : environ 10 µM à pH7), soit les ions bicarbonate HCO3- (concentrations élevées : de l'ordre du mM, mais variable en fonction du pH), qui sont ensuite convertis en CO2 grâce à la réaction catalysée par l'anhydrase carbonique.
La quantité de CO2 disponible est limitante dans des conditions d'éclairement moyen. Par conséquent, une augmentation de la photosynthèse est observée lorsqu'on augmente la concentration de CO2.


Influence de la concentration en CO2 de l'air sur la consommation en CO2 d'une plante verte.
La courbe présente une première partie pseudo linéaire pour laquelle le CO2 est limitant, et une seconde partie qui correspond à un plateau pour lequel l'éclairement est devenu limitant et la photosynthèse maximale dans ces conditions.

Effets conjugués de la teneur en CO2 et de l'éclairement

Influence de la température

L'optimum de température des plantes varie en fonction de leur origine. Ainsi, les plantes des régions tempérées ont un maximum qui se situe entre 15°C et 25°C, avec une limite de tolérance au froid vers -2°C à 0°C et de tolérance au chaud vers 40°C à 50°C.
Pour une plante donnée, on observe des modifications du point de compensation (IC) et du point de début de saturation (IS), mais sans modification du rendement . Ceci montre que les réactions photochimiques sont peu ou pas sensibles à la température, au contraire des réactions biochimiques.

L'influence de la température. Courbes de photosynthèse nette d'une plante à 15°C et à 25°C

suite : Deux groupes de réactions
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Ce dossier est une version abrégée du dossier "La Photosynthèse" de Biologie et Multimédia

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