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Partie 4: Quelles longueurs d’onde absorbent les photorécepteurs?

Afin de choisir la meilleure lumière pour la croissance de vos plantes, il est essentiel de comprendre quelles longueurs d’onde de lumière sont nécessaires pour la croissance normale des plantes. Les plantes sont des experts pour capturer l’énergie lumineuse et la convertir en sucres grâce au processus de photosynthèse. La première étape de la photosynthèse est l’absorption de la lumière par des molécules spécialisées appelées pigments qui se trouvent dans les cellules végétales. En plus des pigments, les plantes ont un certain nombre d’autres molécules de récepteurs de lumière connues sous le nom de photorécepteurs. Nous explorerons la gamme et la fonction des principaux pigments végétaux et des photorécepteurs et identifierons les longueurs d’onde de la lumière à laquelle ils absorbent et répondent. Cet article, qui couvrira les photorécepteurs, est le dernier d’une série en 4 parties.

Mots de prudence: un réseau complexe de facteurs contrôlent la croissance et le développement des plantes. Cet article se concentre sur un seul de ces facteurs: le spectre lumineux. Lorsque vous décidez quelles longueurs d’onde de la lumière seront les meilleures pour vos plantes, considérez comment tous les facteurs (intensité de la lumière, température, sol, etc.) interagissent ensemble. Il est également important de se rappeler que la plupart de nos connaissances sur les pigments et les photorécepteurs proviennent d’études avec la plante modèle Arabidopsis (l’équivalent végétal de la souris de laboratoire) et qu’il reste beaucoup à apprendre sur d’autres espèces. Différentes espèces végétales ont des variations dans la composition chimique de leurs pigments et photorécepteurs. Pour cette raison, les pigments et les photorécepteurs provenant de différentes espèces peuvent avoir des pics d’absorption légèrement différents de ceux indiqués ici.

Longueurs d’onde de lumière pour: Photorécepteurs

Les photorécepteurs sont des molécules non pigmentées qui répondent aux changements d’intensité, de qualité, de direction et de durée de la lumière. Les photorécepteurs ne sont pas trouvés dans le LHC, mais plutôt dans d’autres zones de la cellule comme le noyau et les mitochondries (Figure 1). Les photorécepteurs permettent à la plante de détecter son environnement et de modifier la croissance des plantes en conséquence (Figure 2). Par exemple, une plante peut dire qu’une plante voisine l’ombrage parce que les feuilles du voisin bloquent certaines longueurs d’onde de la lumière, provoquant un spectre de lumière modifié pour atteindre la plante (Figure 2). Les photorécepteurs tombent dans cinq grandes catégories, et nous donnerons une courte description de chacun d’entre eux ainsi que les longueurs d’onde de la lumière auxquelles il répond:

1.  Les phytochromes se transforment entre des formes absorbant le rouge (Pr; 600-700 nm) et rouge-absorbant (Pfr, 700-750 nm) (figure 3). Le changement est réversible: avec suffisamment de lumière rouge lointain, Pfr revient en Pr (Figure 3). Le rapport de rouge: lumière rouge lointain est plus important que les quantités absolues de chaque type de lumière. Les phytochromes contrôlent la germination des graines, la synthèse de la chlorophylle, l’élongation des tiges, la taille, la forme et le nombre de feuilles, ainsi que le moment de la floraison. Généralement, un rouge bas: le rouge lointain (c’est-à-dire une quantité élevée de lumière rouge lointain) provoque l’allongement des tiges, la croissance des feuilles plus longues et plus larges et une augmentation de la teneur en chlorophylle. Un rouge bas: le rouge lointain peut aussi causer la floraison plus tôt.

2.  Le locus de résistance UV 8 (UVR8) est un photorécepteur qui répond aux longueurs d’onde UV-B (280-315 nm). UVR8 régule la biosynthèse des flavonoïdes et l’horloge circadienne. Les flavonoïdes ont des fonctions diverses: ils peuvent transmettre des signaux chimiques, réguler les réponses physiologiques et moduler le cycle cellulaire. L’UVR8 régule également l’expansion des cellules épidermiques (expansion de la «peau» végétale), le nombre de stomates (pores de l’air) et améliore la tolérance à la lumière UV-B3. Relativement peu d’informations sont connues sur l’interaction entre UVR8, la longueur d’onde et le développement des plantes. Jusqu’à présent, nous savons que l’augmentation de la lumière UV-B augmente la teneur en flavonoïdes, l’expansion des cellules épidermiques et l’augmentation du nombre de stomates.

3.  Les chromochromes répondent à la lumière bleue (390-500 nm) et contrôlent de nombreux aspects de la croissance et du développement des plantes. Les chromochromes contrôlent l’élongation de la tige (étiolement), le temps de floraison, l’horloge circadienne, l’ouverture des stomates et la production d’anthocyanes. Généralement, des quantités accrues de lumière bleue réduisent l’allongement de la tige, les stomates ouverts et augmentent la teneur en anthocyanes. La lumière bleue peut favoriser la floraison des plantes de jour et inhiber la floraison des plantes de jours courts.

4.  Les phototropines répondent à la lumière bleue (390-500 nm) et UV-A (320-390 nm). Ils contrôlent plusieurs des mêmes réponses que les chryptochromes. Les phototropines contrôlent l’élongation de la tige, l’ouverture des stomates, le phototropisme (flexion de la plante vers la lumière), le suivi solaire des feuilles et la migration des chloroplastes (mouvement des chloroplastes pour empêcher l’ombrage mutuel). Généralement, des quantités accrues de lumière bleue favorisent le phototropisme, le suivi solaire des feuilles et la migration des chloroplastes.

5.  Les photorécepteurs de la famille Zeitlupe réagissent à la lumière bleue (390-500 nm) et régulent l’horloge circadienne et la floraison. On sait très peu de choses sur le fonctionnement de ces photorécepteurs. Nous savons que pendant les longues journées, les photorécepteurs zeitlupe peuvent induire la floraison.

Figure 1: Alors que les chlorophylles et les caroténoïdes se trouvent généralement dans les chloroplastes, les phytochromes se trouvent généralement dans le noyau ou les mitochondries.

Figure 2: Les plantes peuvent sentir leur environnement et modifier leur croissance en conséquence. Une grande plante reçoit tout le spectre de la lumière du soleil. Une plante plus courte est ombragée par son voisin et n’obtient donc pas le spectre complet de la lumière. Au lieu de cela, il obtient un spectre qui est faible est la lumière bleue et rouge. Les photorécepteurs dans les feuilles de la plante courte reçoivent ce spectre de lumière modifié. Les photorécepteurs répondent en conséquence et signalent à la plante courte de produire une tige plus grande.

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