Nutrition carbonée - Photosynthèse - Facteurs externes

La photosynthèse n'est pas un phénomène de tout ou rien. Son intensité dépend des facteurs externes. La température joue un rôle important mais ce n'est pas particulier à la photosynthèse car elle agit sur tous les phénomènes métaboliques. Par contre, l'éclairement et la concentration en dioxyde de carbone, qui sont les acteurs de la réaction photosynthétique, jouent un rôle important et spécifique que l'on peut quantifier. Un système de mesure très utilisé est constitué par une électrode à oxygène (oxygraphe). Ces mesures sont souvent dénommées "mesures polarographiques" car elles nécessitent une polarisation de l'électrode.

NOTION DE PHOTOSYNTHÈSE BRUTE ET DE PHOTOSYNTHÈSE NETTE

Cette expérience est réalisée avec des feuilles d'élodée du Canada (plante aquatique). Elle est effectuée en présence d'une quantité de CO₂ optimum (le CO₂ est fourni par de l'hydrogénocarbonate de sodium en solution). La concentration en dioxygène est enregistrée au cours d'une séquence obscurité / lumière / obscurité (fig 01) .

fig. 01 : Etude de la photosynthèse par polarographie A l'obscurité les feuilles d'élodée utilisent le dioxygène ; à la lumière elles en produisent.

L'explication est simple : à l'obscurité, les feuilles d'élodée utilisent le dioxygène parce qu'elles respirent. a la lumière, elles en produisent grâce à la photosynthèse. En fait, à la lumière, elles continuent de respirer et donc d'utiliser du dioxygène. La production observée de dioxygène est donc la somme du dioxygène formé par la photosynthèse (photosynthèse brute : PB) et de la consommation de dioxygène par la respiration (- R).
C'est la photosynthèse nette (PN = PB - R)

EFFET DE L'ÉCLAIREMENT SUR LA PHOTOSYNTHÈSE

On peut réaliser la même expérience que précédemment en faisant varier l'intensité lumineuse.

Cette expérience est réalisée dans des conditions analogues avec des feuilles d'élodée du Canada. Elle est effectuée en présence d'une quantité de CO₂ optimum. Après une période d'obscurité, le matériel est éclairé avec une intensité lumineuse donnée. L'expérience est répétée plusieurs fois avec des intensités lumineuses variées.

On constate qu'au dessus d'une valeur seuil, la concentration d'oxygène augmente. Il y a donc production de dioxygène. L'intensité de la photosynthèse (ici, le dégagement d'oxygène) est proportionnelle à l'éclairement.

Au dessous de la valeur seuil, la concentration en oxygène baisse, il y a donc utilisation d'oxygène. L'utilisation de dioxygène par la respiration est plus forte que sa production par la photosynthèse.

Pour l'éclairement correspondant à la valeur seuil, la concentration d'oxygène reste constante. Il n'y a ni production ni utilisation apparente de dioxygène. C'est que les quantités de dioxygène utilisées par la respiration sont exactement compensées par les quantités produites par la photosynthèse. On parle alors de POINT de COMPENSATION.

Ainsi, lorsqu'on observe une production d'oxygène positive, c'est que la quantité d'O₂ produit par la photosynthèse brute (PB) est supérieure à la respiration (R). Ce que l'on mesure est la photosynthèse nette (PN).

PN = PB - R

(R est donné en valeur absolue)

RÔLE DU CO₂

Cette expérience est réalisée elle aussi avec des feuilles d'élodée du Canada. Elle est effectuée en l'absence de CO₂. La plante est éclairée puis le CO₂ est ajouté au moment indiqué par la flèche sous forme d'hydrogénocarbonate de sodium (fig 02). On peut observer qu'en absence de CO₂, malgré le fait que la plante soit éclairée, la quantité d'O₂ du milieu diminue. Ceci indique que la plante respire et que la photosynthèse est bloquée. lorsque l'on rajoute du CO₂, la production par la plante d'O₂ augmente : la plante peut à nouveau réaliser la photosynthèse.

fig. 02 : Etude polarographique Les feuilles d'élodée ne produisent pas de dioxygène à la lumière en l'absence de dioxyde de carbone. L'addition de dioxyde de carbone stimule immédiatement la production de dioxygène.

Conclusion :

Cette série d'expériences, montre que la photosynthèse est très sensible aux variations des facteurs externes. Deux facteurs sont prépondérants, la lumière et la quantité de CO₂. La lumière ne permet la photosynthèse des plantes qu'en présence de CO₂.

Cette équation pourra être légèrement modifiée si l'on tient compte de l'origine du dioxygène. (Voir à la suite l'expérience de RUBEN et KAMEN)

Auteurs : Laboratoire "BIOLOGIE ET MULTIMÉDIA" UPMC, 2000

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