Comprendre comment les plantes exploitent la lumière dans des conditions ombragées soulève des questions sur l’efficacité de la photosynthèse et les méthodes permettant d’améliorer les rendements agricoles. Des recherches récentes mettent en évidence de nouveaux aspects de cette interaction entre les plantes et la lumière, ouvrant de nouvelles perspectives pour l’horticulture en serre.
Les plantes vivant à l’ombre d’autres plantes reçoivent plus de lumière que ce que les scientifiques avaient initialement estimé. Une équipe de chercheurs des universités d’Utrecht et de Wageningen a décrit comment cette lumière est utilisée dans un article récent publié dans la revue scientifique Plant Cell & Environment. Leurs découvertes font non seulement progresser les connaissances sur le fonctionnement de la photosynthèse dans des conditions ombragées, mais elles pourraient également être bénéfiques pour l’horticulture en serre.
« Lorsque nous comprendrons mieux comment les différentes couleurs de lumière influencent la photosynthèse et la croissance des plantes, nous pourrons aider les producteurs à développer des méthodes intelligentes pour compléter la lumière naturelle par de la lumière colorée. »
Photosynthèse, lumière verte et infrarouge
« L’effet se produit sur les plantes ombragées par d’autres plantes », a expliqué Hugo de Boer, spécialiste de l’environnement à l’Université d’Utrecht, à l’origine de l’étude.
En effet, les plantes ne captent qu’une partie de la lumière solaire pour la photosynthèse, processus par lequel elles convertissent la lumière et le CO₂ en glucose. Une certaine lumière traverse leurs feuilles, principalement sous forme de lumière verte. Nous pouvons observer ce phénomène en regardant le couvert forestier : les feuilles ressemblent à des filtres verts au-dessus de nous. Un effet similaire se produit avec la lumière au-delà de la partie visible du spectre rouge, dans la gamme de fréquences de 700 à 750 nm, appelée « rouge lointain ».
« Les plantes poussant à l’ombre d’autres plantes reçoivent une plus grande proportion de lumière verte et rouge foncé que celles exposées au plein soleil. Nos recherches montrent que les plantes utilisent une manière spécifique d’utiliser la partie rouge lointaine du spectre lumineux pour la photosynthèse. »
« Jusqu’à présent, les chercheurs ont rarement envisagé la possibilité que les plantes utilisent la lumière rouge lointaine pour la photosynthèse. », a ajouté Tinko Jans, doctorant à WUR. En effet, des expériences antérieures avec des lumières monochromatiques ont démontré que les plantes utilisent principalement la lumière aux longueurs d’onde visibles (400 à 700 nm) pour la photosynthèse, et que la lumière aux longueurs d’onde plus courtes ou plus longues contribue peu au processus.
« Mais en combinant la lumière rouge lointaine avec une petite quantité de lumière visible, elle contribue en réalité de manière significative à la photosynthèse. Ainsi, nous avons développé une nouvelle méthode pour mesurer et modéliser la manière dont la lumière rouge lointaine supplémentaire contribue à la photosynthèse. »
Une réponse d’évitement des ombres
Les scientifiques et les horticulteurs savent depuis un certain temps que les plantes peuvent utiliser la partie rouge lointain du spectre lumineux pour identifier les plantes voisines à partir des ombres qu’elles projettent. Tinko Jans a noté : « De nombreuses plantes réagissent à une augmentation relative de la lumière rouge lointain en poussant vers le haut, afin de remporter la compétition pour la lumière. Cette réaction d’évitement de l’ombre aide également les horticulteurs, car elle leur permet de cultiver davantage de plantes rapprochées. Les développements récents de la technologie LED ont donné un grand élan à la recherche sur la réponse des plantes à l’ombre et à l’utilisation de la lumière rouge lointain en horticulture. »
« Dans des expériences précédentes, nous avons également étudié la réponse d’évitement des ombres », a ajouté Hugo De Boer. « En plus de montrer des changements morphologiques, nos plantes ombragées ont commencé à pousser beaucoup plus rapidement lorsque nous avons essayé de les tromper en installant des lumières LED pour compléter la lumière rouge lointaine. À notre grand étonnement, nos plantes étaient parfaitement capables d’utiliser cette lumière supplémentaire pour la photosynthèse. »
Les chercheurs ont effectué un grand nombre de mesures de photosynthèse en utilisant différentes couleurs et intensités de lumière. Hugo De Boer a conclu : « Mais quantifier l’effet des couleurs sur la photosynthèse s’est avéré beaucoup plus difficile, car les modèles mathématiques et les méthodes de mesure disponibles reposaient sur l’hypothèse que les plantes n’utilisent la lumière que dans le spectre visible. Ainsi, nous avons adapté un modèle de photosynthèse couramment utilisé pour quantifier l’effet des couleurs en combinant les mesures de la photosynthèse et le spectre lumineux complet atteignant la feuille. »
Légende de l’illustration : Le chercheur Dr Hugo de Boer place une plante expérimentale (Bittersweet) dans des conditions d’éclairage expérimentales avec une lumière rouge et rouge lointain réduite. Crédit : Université d’Utrecht
Article : ‘Modélisation et expériences de couplage PCE pour analyser la photosynthèse des feuilles sous une lumière rouge lointaine’ / ( 10.1111/pce.15340 ) – Université d’Utrecht – Publication dans la revue Plant Cell & Environment
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