La compréhension de la manière dont les plantes exploitent la lumière dans des conditions ombragées soulève des questions sur l’efficacité de la photosynthèse et sur les méthodes d’amélioration des rendements agricoles. Des recherches récentes mettent en lumière des aspects inédits de cette interaction entre les plantes et la lumière, offrant de nouvelles pistes pour l’horticulture en serre.
Les plantes vivant à l’ombre d’autres végétaux reçoivent plus de lumière que les scientifiques ne l’avaient initialement estimé. Une équipe de chercheurs des Universités d’Utrecht et de Wageningen a décrit dans un article récent publié dans le journal scientifique Plant Cell & Environment comment cette lumière est utilisée. Leurs conclusions permettent non seulement d’approfondir les connaissances sur le fonctionnement de la photosynthèse dans des conditions ombragées, mais elles peuvent également être bénéfiques pour l’horticulture sous serre.
« Lorsque l’on comprend mieux comment les différentes couleurs de lumière influencent la photosynthèse et la croissance des plantes, on peut aider les cultivateurs à développer des méthodes intelligentes pour compléter la lumière naturelle avec de la lumière colorée. »
Photosynthèse, lumière verte et infrarouge
« L’effet se produit chez les plantes ombragées par d’autres plantes », a expliqué Hugo de Boer, scientifique environnemental à l’Université d’Utrecht, qui a initié l’étude.
En effet, les plantes ne captent qu’une partie de la lumière solaire pour la photosynthèse, le processus par lequel elles convertissent la lumière et le CO₂ en glucose. Une partie de la lumière traverse leurs feuilles, principalement sous forme de lumière verte. On peut observer ce phénomène en regardant vers le haut dans un 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 qui croissent à l’ombre d’autres plantes reçoivent une proportion plus grande de lumière verte et rouge lointain que celles exposées au plein soleil. Nos recherches montrent que les plantes possèdent une manière spécifique d’utiliser la partie rouge lointain du spectre lumineux pour la photosynthèse. »
« Jusqu’à présent, les chercheurs ont rarement considéré la possibilité que les plantes utilisent la lumière rouge lointain pour la photosynthèse », a ajouté Tinko Jans, doctorant à WUR. Cela vient du fait que des expériences antérieures avec des lumières monochromatiques ont démontré que les plantes utilisent principalement la lumière des 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 lointain 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 comment la lumière rouge lointain supplémentaire contribue à la photosynthèse. »
Une réaction d’évitement de l’ombre
Les scientifiques et les horticulteurs connaissent 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, pour remporter la compétition pour la lumière. Cette réaction d’évitement de l’ombre aide également les horticulteurs, car elle leur permet de cultiver plus de plantes proches les unes des autres. Les récents développements dans la technologie LED ont donné un grand élan à la recherche sur la réaction des plantes à l’ombre et l’utilisation de la lumière rouge lointain en horticulture. »
« Dans des expériences antérieures, nous avons également étudié la réaction d’évitement de l’ombre », a ajouté Hugo De Boer. « En plus de montrer des changements morphologiques, nos plantes à l’ombre ont commencé à croître beaucoup plus vite lorsque nous avons essayé de les tromper en installant des lampes LED pour compléter la lumière rouge lointain. À notre 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 il s’est avéré beaucoup plus difficile de quantifier l’effet des couleurs sur la photosynthèse, car les modèles mathématiques et les méthodes de mesure disponibles étaient basés sur l’hypothèse que les plantes n’utilisent que la lumière du spectre visible. Ainsi, nous avons adapté un modèle de photosynthèse couramment utilisé pour quantifier l’effet des couleurs en combinant des mesures de photosynthèse et du spectre lumineux complet qui atteint la feuille. »
Légende illustration : Le chercheur Dr. Hugo de Boer place une plante expérimentale (Bittersweet) dans des conditions d’éclairage expérimentales avec une lumière rouge et rouge lointaine réduite. Crédit : Utrecht University
Article : ‘PCE Coupling Modelling and Experiments to Analyse Leaf Photosynthesis under Far-Red Light’ / ( 10.1111/pce.15340 ) – Utrecht University – Publication dans la revue Plant Cell & Environment
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