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Photosynthèse - Intensité lumineuse

Photosynthèse - Intensité lumineuse



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Disons que je menais une expérience pour la photosynthèse. Si je rapprochais la lumière de la plante, quel effet cela aurait-il sur le processus de photosynthèse ?


Le taux de photosynthèse varie d'une plante à l'autre. Certaines plantes nécessitent plus de lumière et d'autres moins. Si vous rapprochez la lumière de la plante, dans la plupart des scénarios, le taux de photosynthèse augmentera probablement. Pour certaines plantes, une lumière minimale suffit pour leur photosynthèse, donc pour ces plantes, rapprocher ou éloigner la source lumineuse aura moins d'effet.


Photosynthèse

· Seules certaines longueurs d'onde de la lumière sont utilisées pour la photosynthèse.

· Les températures élevées ont un effet sur :

o Stomates -Ils se ferment à haute température pour éviter de perdre trop d'eau. Cela ralentit la photosynthèse car moins de CO2 pénètre dans la feuille lorsque les stomates sont fermés.

o Les membranes thylacoïdiennes peuvent être endommagées, ce qui réduit la vitesse du stade dépendant de la lumière en réduisant le nombre de sites disponibles pour le transfert d'électrons.

o Chloroplastes - les membranes qui les entourent pourraient être endommagées, provoquant éventuellement la libération d'enzymes importantes dans le cycle dans la cellule. Cela réduirait le taux de l'étage indépendant de la lumière.

· Moins de CO2 entrera dans la feuille pour le cycle de Calvin

Point de saturation = où augmenter le facteur après ce point ne fait aucune différence parce que quelque chose d'autre est devenu le facteur limitant. Un graphique se stabilise ici.

L'intensité lumineuse, la température et la concentration de CO2 affectent toutes le taux de photosynthèse, donc toutes affectent les niveaux de GP, RuBP et TP dans le cycle de Calvin.


Photosynthèse - Intensité lumineuse - Biologie

L'école notes de biologie : PHOTOSYNTHESE - importance et facteurs affectant le taux

Son importance et les facteurs limitants et interactifs contrôlant le taux de photosynthèse des plantes

Les idées sont appliquées aux opérations horticoles, par ex. une serre

Notes de révision de la biologie scolaire de Doc Brown : biologie GCSE, biologie IGCSE, biologie de niveau O,

Cours de sciences aux États-Unis pour les 8e, 9e et 10e années ou l'équivalent pour

14-16 ans étudiants en biologie

Sous-index pour cette page

Vert p les lants et les algues sont des producteurs basés sur la chimie de la photosynthèse et le début de la plupart des chaînes alimentaires et la base des réseaux trophiques ultérieurs.

Nous dépendons fortement des cultures, que ce soit pour manger directement, des aliments transformés ou des aliments pour animaux - donc, nous ne sommes peut-être pas «verts», mais nous dépendons en fin de compte pour une grande partie de notre nourriture de la photosynthèse !

ET, ce n'est pas seulement la vie sur terre, toute la vie aquatique, par ex. les poissons, dépendent aussi, dans un premier temps, de la photosynthèse du plancton ou des algues.

Une chaîne alimentaire est un moyen de transférer l'énergie de la photosynthèse dans la biomasse pour soutenir de nombreuses formes de vie, y compris nous !

Même la viande que nous mangeons, riche en protéines et en matières grasses, dépendait à un moment donné de la photosynthèse, il n'y a donc pas moyen d'échapper à la photosynthèse !

HAUT DE PAGE pour le SOUS-INDICE

Quel est le processus de PHOTOSYNTHESE ? Une version simplifiée de la biochimie de la photosynthèse

Les plantes absorbent l'eau par leurs racines et gaz carbonique à travers leurs feuilles et les transformer en molécules d'hydrates de carbone, initialement sous la forme de glucose, le déchet est oxygène! pratique pour nous !

Le dioxyde de carbone dans l'air se diffuse dans les feuilles à travers le stomates, l'eau monte du racines via les tubes du xylème, l'oxygène se diffuse et les sucres sont transportés autour de la plante par le tubes de phloème.

Pour en savoir plus sur la structure et la fonction des plantes, y compris les échanges gazeux et les adaptations des feuilles voir ci-dessous et aussi .

Le dioxyde de carbone dans les feuilles et l'oxygène hors des feuilles sont un exemple de système d'échange de gaz à la surface des pores (stomates) des feuilles.

Le processus biochimique de la photosynthèse se déroule dans le chloroplastes de cellules végétales dans les feuilles vertes et les tiges à l'aide de molécules vertes appelées chlorophylle.

C'est le pigment vert chlorophylle qui absorbe l'énergie lumineuse pour alimenter la photosynthèse.

La photosynthèse est résumée par le équation:

dioxyde de carbone + eau == lumière + chlorophylle ==> glucose + oxygène

C'est globalement un réaction chimique endothermique, l'énergie est absorbée, c'est-à-dire la lumière du soleil l'énergie est absorbée dans le processus de photosynthèse.

La photosynthèse est le processus par lequel les plantes fabriquent nourriture, initialement sous forme de glucose, pour eux-mêmes, et pour la plupart de la vie animale, y compris nous aussi via les chaînes alimentaires !

La plante va utiliser une partie du glucose immédiatement pour alimenter tout le nécessaire processus de maintien de la vie.

Les la plante convertit une partie du glucose en amidon - une réserve alimentaire d'énergie potentielle chimique pour les plantes et les animaux comme nous aussi !

La photosynthèse utilise l'énergie solaire pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucose (base de la nourriture) et en oxygène.

La majeure partie de l'oxygène est un sous-produit de gaz résiduaire pour les plantes, mais vital pour la respiration pour nous et les autres animaux !

Les le pigment vert chlorophylle se trouve dans les structures subcellulaires appelées chloroplastes, où la photosynthèse a lieu dans les cellules végétales vertes.

Toute la chimie photosynthétique facilitée par enzymes (catalyseurs biologiques).

La chimie de la photosynthèse est très compliquée mais elle se déroule en deux étapes principales.

1. La chlorophylle absorbe un photon d'énergie lumineuse. Cette énergie solaire (lumière visible photons) divise l'eau (H2O) en ions hydrogène (H+ ) et l'oxygène (O2).

Du point de vue des plantes, l'oxygène gazeux est rejeté en tant que déchet.

2. Les ions hydrogène se combinent avec le dioxyde de carbone (CO2) pour former des molécules de glucose (C6H12O6).

Le dioxyde de carbone se diffuse à travers les stomates des cellules de garde - effectivement des pores qui peuvent s'ouvrir et se fermer, c'est-à-dire le CO2 dans, et l'oxygène O2 dehors dans la journée et O2 dans la nuit.

En plein jour, le taux de photosynthèse dépassera le taux de respiration.

La nuit, le taux de respiration dépassera celui de la photosynthèse.

Les deux processus sont nécessaires pour maintenir la plante en vie.

Au cours de la photosynthèse, l'énergie lumineuse est absorbée par le chlorophylle verte, qui se trouve dans les chloroplastes de certaines cellules végétales et algues.

La chlorophylle semble verte car elle absorbe dans les régions violet-bleu et orange-rouge de la lumière visible, de sorte que les plantes peuvent absorber l'énergie du rayonnement électromagnétique visible.

Structure végétale et photosynthèse - des adaptations de la structure des feuilles qui aident !

Photosynthèse dans le contexte des organes végétaux, y compris les tiges, les racines et les feuilles.

L'eau et les minéraux sont absorbés du sol par les racines et remonté à travers la plante par transpiration.

Partout où se trouve une plante vert, la photosynthèse a lieu, du moins à la lumière du jour !

Un essentiel molécule verte pour la photosynthèse est chlorophylle.

Les larges feuilles vertes de plantes exposés à la lumière fournissent une grande surface pour les sites absorbant la lumière de la photosynthèse - plus que la tige plus mince.

Les feuilles sont minces, de sorte que le dioxyde de carbone absorbé n'a qu'une courte distance pour se diffuser vers les cellules photosynthétiques.

Les feuilles ont des nervures (faisceaux vasculaires) qui soutiennent la feuille et transportent l'eau et les minéraux vers la feuille et le glucose loin de la feuille.

Tissus épidermiques sont les couches externes qui recouvrent toute la plante.

Les mésophylle, entre deux couches d'épiderme, est l'endroit où la plupart de la photosynthèse se produit dans le chloroplastes - tout semble vert en raison des molécules de chlorophylle verte nécessaires à la photosynthèse (elles n'absorbent pas la lumière verte).

Les cellules palissadiques du mésophylle contiennent beaucoup de chloroplastes contenant de la chlorophylle - les cellules palissades sont donc bien adaptées à la photosynthèse.

Les alvéoles de la palissade sont près du sommet de la feuille et sont les plus exposées à la lumière.

« Note de physique » : les plantes ont l'air vertes parce que la chlorophylle absorbe les longueurs d'onde bleue et rouge de la lumière visible, mais pas le vert. La lumière verte est soit réfléchie, soit transmise, de sorte que le tissu végétal semble vert quel que soit l'angle sous lequel vous le regardez.

La face supérieure d'une feuille est plus lisse et plus verte - plus riche en chloroplastes pour capter la lumière du soleil Le dessous d'une feuille est plus rugueux - plus « poreux » pour un échange gazeux efficace et les veines plus proéminentes

Réseaux de cellules du xylème et du phloème, transportant des substances autour de la plante, par ex. les sucres comme le saccharose et le glucose issus de la photosynthèse, et à travers les racines, les minéraux (par exemple le magnésium) et l'eau pour la photosynthèse.

Les tissus des feuilles sont adaptés aux échanges gazeux.

L'épiderme inférieur contient beaucoup de stomates (pluriel de stomie, pores) qui laisse le dioxyde de carbone diffuse directement dans la feuille pour la photosynthèse et l'oxygène à diffuser des feuilles - le système d'échange de gaz.

Le tissu spongieux du mésophylle contient également des espaces d'air qui aident à augmenter le taux de diffusion des gaz à l'intérieur et à l'extérieur des feuilles.

Dans la couche externe de l'épiderme, les cellules de garde sont adaptées pour ouvrir et fermer les pores des stomates (pores des stomates), ce qui permet les échanges gazeux et l'évaporation de l'eau, par exemple pour la photosynthèse du dioxyde de carbone et l'évacuation de l'oxygène.

Cela aide à réguler la transpiration et la respiration et tout cela est lié à la photosynthèse. Voir le transport dans les plantes

Les tissus épidermiques sont recouverts d'un cuticule cireuse ce qui permet de réduire la perte d'eau par évaporation.

Toutes les structures mentionnées ci-dessus doivent être « connectées » pour que le « système fonctionne » dans une plante saine.

Il convient de mentionner qu'un grand pourcentage de la photosynthèse de la Terre se produit dans les océans dans le phytoplancton.

Pour en savoir plus sur la structure et la fonction des plantes, y compris les échanges gazeux et les adaptations foliaires, voir également .

Structure foliaire, diffusion et photosynthèse

Le dioxyde de carbone se diffuse dans les feuilles par les stomates et s'épuise par photosynthèse.

Par conséquent, au fur et à mesure que la photosynthèse progresse, la concentration interne de dioxyde de carbone dans la feuille est beaucoup plus faible que dans l'air ambiant, de sorte que le dioxyde de carbone se diffusera dans la feuille en suivant ce gradient de concentration.

La vitesse de diffusion du dioxyde de carbone (et de tout autre gaz) est augmentée de :

Augmenter la surface de la feuille - toujours la partie la plus large de toute plante.

Plus la distance que les molécules doivent parcourir lors de leur diffusion est petite - des feuilles minces avec une couche de mésophylle encore plus fine.

Que fait la plante du glucose produit par la photosynthèse à l'aide de l'énergie solaire ?

Glucose fournit de l'énergie et peut être converti en, et aider à synthétiser, une large gamme de molécules dans la chimie des cellules végétales (biochimie végétale). Cela signifie que les plantes fabriquent leur propre nourriture!

Les le glucose produit lors de la photosynthèse peut être converti en amidon insoluble pour être stocké dans les feuilles, les racines et les tiges.

La nature insoluble de l'amidon en fait une réserve d'énergie chimique concentrée très utile - s'il était soluble, il se dissoudrait et se diffuserait partout.

L'amidon est un polymère naturel fabriqué à partir de la liaison de nombreuses molécules de glucose entre elles et constitue la principale réserve d'énergie chimique d'une plante.

Une plante ne peut pas faire de photosynthèse la nuit, elle a donc besoin d'énergie pour rester en vie la nuit !

Si nécessaire, l'amidon est hydrolysé (décomposé) en glucose de sucre utile, de sorte que le processus de formation de l'amidon est inversé.

Le sucre de glucose est soluble et facilement transportable autour d'une usine et des carburants respiration dans les mitochondries des cellules végétales - qui à son tour fournit l'énergie pour tous les processus cellulaires nécessaires à une plante.

Si une plante tentait de stocker le glucose soluble, les cellules absorberaient l'eau par osmose, gonfleraient et éclateraient !

Les plantes ont besoin de l'énergie des sucres (provenant de la photosynthèse) pour alimenter leurs propres systèmes de soutien à la vie, tout comme nous.

Les cellules végétales utilisent une partie du glucose produit pendant la photosynthèse pour respiration - libération d'énergie pour alimenter les fonctions cellulaires et particulièrement la nuit quand aucune lumière ne peut éclairer les feuilles.

La respiration des plantes est en principe l'inverse de la photosynthèse.

glucose + oxygène ==> produits + énergie chimique (pour alimenter la chimie des cellules végétales)

L'énergie libérée permet à la plante de convertir le glucose et d'autres éléments/ions comme l'azote/le nitrate en d'autres substances chimiques utiles essentielles - certaines sont énumérées ci-dessous.

La nuit, il y a une perte nette de glucose/amidon dans la respiration, mais à la lumière du jour, le taux de photosynthèse dépassera celui de la respiration dans une plante en croissance, de sorte que l'excès de glucose peut être converti en amidon pour le stockage.

. notant que l'amidon et le glucose sont réserves d'énergie chimique.

Le glucose est consommé dans respiration des plantes, par exemple. dans la respiration aérobie, les plantes utilisent de l'oxygène pour oxyder le glucose en dioxyde de carbone et en eau.

L'énergie chimique libérée pour alimenter toute la chimie cellulaire, y compris la conversion du glucose en amidon et la fabrication de protéines.

N'oublie pas ça les plantes respirent tout le temps, comme nous !

Le glucose peut être converti en amidon qui peut être stocké dans les racines (par exemple la pomme de terre), les tiges et les feuilles, cela fournit de l'énergie la nuit et en hiver.

L'amidon a l'avantage d'être insoluble dans l'eau, il ne se dissoudra donc pas inutilement des zones vitales de stockage des réserves d'énergie.

Il peut être utilisé lorsque la lumière du soleil est faible, par ex. l'hiver, et bien sûr la nuit lorsque la photosynthèse s'arrête complètement.

De plus, en étant insoluble, il n'affectera pas la concentration en eau dans les cellules par osmose.

Une cellule avec une concentration élevée de glucose gonflerait par absorption d'eau interférant avec sa fonction.

L'énergie chimique du glucose est nécessaire pour construire des molécules plus grosses et plus complexes.

Grâce à la croissance et à l'accumulation de ces molécules plus grosses biomasse se forme dans les plantes et les algues.

La biomasse désigne la masse de matière vivante.

L'énergie accumulée dans la biomasse d'une plante ou d'une algue pénètre dans la chaîne alimentaire afin que les animaux puissent désormais s'en nourrir (herbivores) et se nourrir eux-mêmes par d'autres animaux (carnivores).

C'est pourquoi au début de cette page il a été souligné que les organismes photosynthétiques sont les principaux producteurs de nourriture pour la majeure partie de la vie sur Terre.

Exemples de molécules plus grosses dans la biomasse des plantes et des algues

Le glucose est utilisé pour produire graisses ou huiles (lipides) pour le stockage - fournit des sources d'énergie via la respiration aérobie, les graines contiennent des réserves alimentaires à base d'huiles et de graisses (pensez à l'huile de cuisson des olives ou de l'huile de tournesol pour la margarine) et des cires.

Le glucose est utilisé pour fabriquer cellulose, qui constitue et renforce les parois cellulaires, par exemple du xylème et du phloème et est particulièrement nécessaire en plus grande quantité dans les plantes à croissance rapide.

Les acides aminés sont d'abord synthétisés à partir des ions glucose et nitrate (absorbés du sol par les racines) et d'autres minéraux avant d'être convertis en protéines pour la croissance et la réparation des cellules tissulaires.

A noter que pour produire des protéines, les plantes utilisent également des ions nitrates qui sont absorbés par le sol.

W Quels facteurs affectent le taux de photosynthèse ?

Le taux de photosynthèse est généralement limité par trois conditions environnementales principales - les facteurs :

(je) Manque de lumière (généralement le manque de lumière du soleil) ralentit la photosynthèse - puisque plus l'intensité lumineuse est élevée, plus le taux de photosynthèse est élevé.

(ii) Basse température, ralentit le taux de photosynthèse - une règle générale pour toutes les réactions chimiques

Une combinaison de (i) et (ii) entraînera des taux très différents entre la photosynthèse en hiver (moins de temps d'ensoleillement, lumière moins intense, plus lente) par rapport à l'été (plus de temps d'ensoleillement, lumière plus intense, plus rapide).

La nuit, la lumière est le facteur limitant, en hiver c'est généralement la température en plein jour.

Si la température devient trop élevée, la photosynthèse ralentira en raison des dommages enzymatiques.

(iii) Un pénurie de dioxyde de carbone ralentira également le taux de photosynthèse mais vous pouvez l'augmenter artificiellement en pompant du CO2 dans une structure de serre.

S'il y a suffisamment de lumière et que la température n'est pas trop basse, la concentration ambiante de dioxyde de carbone devient le facteur limitant.

Donc, trois facteurs affectant le taux de photosynthèse qui peut être étudié en laboratoire - voir 7 graphiques plus loin !

Les graphiques plus bas dans la page, séparément, traitent d'un seul facteur limitant, c'est-à-dire (i) à (iii) mentionné ci-dessus.

(iv) Cependant, dans certaines circonstances, le pigment vert essentiel la chlorophylle pourrait être le facteur limitant aussi.

Manque de chlorophylle/chloroplastes dans les cellules végétales réduisent la capacité de photosynthèse de la plante.

Les plantes stressées ou endommagées peuvent devenir jaune pâle ou développer des taches causées par un champignon, une bactérie ou un virus.

Les plantes peuvent être affectées par des maladies telles que la brûlure du halo, le virus de la mosaïque du tabac, une mauvaise nutrition - le manque de minéraux vitaux.

De plus (v) le manque d'eau dénature les cellules et les plantes s'affaissent, réduisant la photosynthèse et finissent par mourir.

N'importe lequel de ces facteurs peut endommager les chloroplastes ou la cellule ne peut pas produire suffisamment de chlorophylle.

Par conséquent, la capacité des cellules végétales à absorber la lumière du soleil est réduite, ce qui affaiblit la croissance et le développement des plantes.

(v) Strictement parlant, manque d'eau est un autre facteur, mais cela affecte la plante entière.

L'intensité lumineuse, la température et la disponibilité du dioxyde de carbone interagissent et, en pratique, n'importe lequel d'entre eux peut être le facteur qui limite la vitesse (taux) de la photosynthèse.

Vous pouvez relier le principe des facteurs limitants à l'économie de l'amélioration des conditions suivantes dans les serres.

Vous pouvez effectuer des expériences de laboratoire pour mesurer le taux de photosynthèse dans diverses conditions, c'est-à-dire changer l'un des trois facteurs et garder les deux autres facteurs constants.

Ces expériences et l'analyse des données graphiques sont discutées en détail plus bas dans la page.

Facteurs contrôlant le taux de photosynthèse - discussion détaillée des graphiques de données typiques

Le facteur limitant est celui qui contrôle la vitesse maximale possible des réactions de photosynthèse pour un ensemble donné de conditions.

Graphique 1. Limitation de l'intensité lumineuse

L'énergie lumineuse est nécessaire pour la photosynthèse, donc à mesure que l'intensité lumineuse augmente, le taux de réactions chimiques de photosynthèse augmente régulièrement de manière linéaire - la première partie du graphique est «limitant la lumière».

Plus de lumière, plus de molécules « énergisées » pour réagir.

MAIS, au point où le graphe devient horizontal, la lumière n'est plus le facteur limitant.

Cependant, finalement, le taux se stabilise devenir constant en raison de limitation de la concentration en dioxyde de carbone (trop faible) ou de la température (trop faible) et toute augmentation de l'intensité lumineuse n'a plus d'effet sur le taux de photosynthèse pour la croissance des plantes.

Deux points à garder à l'esprit lors de l'étude de l'un des graphiques traitant de la photosynthèse.

Depuis que la ligne du graphique est devenue horizontal (aplati, taux constant), cela signifie également que l'intensité lumineuse n'est plus le facteur limitant - vous devez augmenter la concentration en dioxyde de carbone ou la température pour augmenter le taux de photosynthèse - en d'autres termes, vous avez besoin augmenter un autre facteur.

N'oubliez pas : chaque fois que la ligne du graphique sur un graphique de photosynthèse devient horizontale, un facteur limitant entre en jeu.

L'intensité lumineuse tombe à

zéro la nuit et il y a beaucoup moins de lumière en hiver, ce qui limite la photosynthèse.

Les plantes se sont adaptées pour vivre dans des zones ombragées en ayant des feuilles plus grandes et plus fines pour augmenter le nombre de molécules de chlorophylle pour absorber la lumière (voir graphique 8 ).

Conception/exploitation des serres et intensité lumineuse.

Beaucoup de vitres pour laisser entrer la lumière.

Placez la serre dans un endroit non ombragé.

La nuit, la lumière artificielle peut être fournie.

Cependant, le niveau de lumière a sa limite (soit la lumière du soleil, soit la lumière artificielle la nuit), donc pour un effet maximal, vous aurez peut-être encore besoin d'une température chaude et d'un nouvel apport de dioxyde de carbone.

Graphique 2. Limitation de température

Les réactions chimiques de photosynthèse ne peuvent pas se produire sans l'aide d'enzymes.

L'augmentation de la température donne aux molécules plus d'énergie cinétique, donc plus d'entre elles réagissent en cas de collision, et au départ, vous obtenez l'augmentation (exponentielle) attendue de la vitesse de la réaction de photosynthèse - initialement une courbe d'accélération vers le haut (non linéaire) avec une augmentation de la température augmenter la croissance des plantes..

Cependant, une température trop élevée est tout aussi mauvaise qu'une température trop basse (ce qui serait trop lent).

À des températures supérieures à 40 °C, les enzymes impliquées dans le processus sont de plus en plus détruites, de sorte que la photosynthèse ralentit et finit par s'arrêter parce que les enzymes de photosynthèse sont détruites.

La dénaturation de la structure protéique causée par les températures plus élevées affecte les sites actifs sur les enzymes (clé de référence x et mécanisme de verrouillage) et ils ne peuvent plus catalyser les réactions de photosynthèse.

Un graphique du taux de photosynthèse en fonction de la température augmente d'abord (taux habituel du facteur de réaction chimique), passe par un maximum (température optimale) puis chute à mesure que les enzymes se dénaturent de plus en plus et finissent par cesser de fonctionner.

La forme finale du graphique est due à la combinaison des deux tendances graphiques de l'augmentation de la vitesse de réaction par rapport à l'augmentation de la dénaturation, les deux coïncidant avec l'augmentation de la température.

Conception/exploitation des serres et température

Idéalement, dans les serres, vous voudriez la température optimale, un apport constant et adéquat de dioxyde de carbone et beaucoup de lumière - d'où l'utilisation de verre transparent !

Une serre se réchauffe en piégeant le rayonnement thermique du soleil - "l'effet de serre".

MAIS veillez à ce que la serre ne devienne pas trop chaude, par exemple en ouvrant des systèmes de ventilation ou en installant des stores.

Par temps froid, les appareils de chauffage peuvent être utilisés dans une serre car la température peut être trop basse pour une photosynthèse efficace pour la croissance des plantes - mais les appareils de chauffage augmentent le coût de production.

Si les appareils de chauffage ne sont pas électriques et brûlent un combustible comme la paraffine, alors beaucoup de dioxyde de carbone est produit - très pratique, deux facteurs pris en compte en même temps !

3. CONCENTRATION DE DIOXYDE DE CARBONE

Graphique 3. Limitation du dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone est nécessaire pour la photosynthèse, donc à mesure que la concentration en dioxyde de carbone augmente, le taux de réactions chimiques de photosynthèse augmente régulièrement de manière linéaire - au départ, le taux de réaction de la photosynthèse est directement proportionnel au CO2 concentration (peut être dans l'air ou dans l'eau).

Cependant, le taux finit par se stabiliser en raison de la limitation de l'intensité lumineuse (trop faible) ou de la température (peut être trop faible ou trop élevée) quelle que soit l'augmentation du CO2 concentration.

Étant donné que la ligne du graphique est devenue horizontale (aplatie), cela signifie également que la concentration en dioxyde de carbone n'est plus le facteur limitant - vous devez augmenter l'intensité lumineuse ou la température pour augmenter le taux de photosynthèse.

Notez que la concentration de dioxyde de carbone dans l'air n'est que

0,04%, et est souvent le facteur limitant, en particulier les jours chauds et ensoleillés ..

MAIS, les courtes journées d'hiver ternes (faible intensité lumineuse) et les basses températures (ralentissent les réactions chimiques) peuvent également être des facteurs limitants.

Conception/exploitation des serres et concentration en dioxyde de carbone

Si la température ambiante est chaude et les plantes/serres en plein soleil, le facteur limitant pourrait être la concentration de dioxyde de carbone dans l'air.

Vous avez besoin d'une certaine ventilation ou le niveau de dioxyde de carbone diminuera si l'air n'est pas réapprovisionné car le dioxyde de carbone est utilisé par les plantes.

MAIS, pour un effet maximal, vous avez besoin d'une température chaude, de beaucoup de lumière et d'un supplément de CO2 si vous pouvez le fournir !

Pour en savoir plus sur les graphiques de photosynthèse, voir:

Comment réussir l'exploitation d'une entreprise serre!

Donc 3 trois facteurs peuvent être manipulés pour augmenter le taux de photosynthèse et donc augmenter la croissance des plantes.

Résumé à ce jour pour aider à augmenter les rendements des cultures

Conception/exploitation des serres et facteur d'intensité lumineuse de la photosynthèse

Beaucoup de vitres pour laisser entrer la lumière.

Placez la serre dans un endroit non ombragé.

La nuit, la lumière artificielle peut être fournie.

Cependant, le niveau de lumière a sa limite (soit la lumière du soleil, soit la lumière artificielle la nuit), donc pour un effet maximal, vous aurez peut-être encore besoin d'une température chaude et d'un nouvel apport de dioxyde de carbone.

Conception/exploitation des serres et facteur de température de la photosynthèse

Idéalement, dans les serres, vous voudriez la température optimale, un apport constant et adéquat de dioxyde de carbone et beaucoup de lumière - d'où l'utilisation de verre transparent !

Une serre se réchauffe en piégeant le rayonnement thermique du soleil - "l'effet de serre".

MAIS veillez à ce que la serre ne devienne pas trop chaude, par exemple en ouvrant des systèmes de ventilation ou en installant des stores.

Par temps froid, les appareils de chauffage peuvent être utilisés dans une serre car la température peut être trop basse pour une photosynthèse efficace pour la croissance des plantes - mais les appareils de chauffage augmentent le coût de production.

Si les appareils de chauffage ne sont pas électriques et brûlent un combustible comme la paraffine, alors beaucoup de dioxyde de carbone est produit - très pratique, deux facteurs pris en compte en même temps !

Conception/exploitation des serres et facteur de niveau de dioxyde de carbone de la photosynthèse

Si la température ambiante est chaude et les plantes/serres en plein soleil, le facteur limitant pourrait être la concentration de dioxyde de carbone dans l'air.

Vous avez besoin d'une certaine ventilation ou le niveau de dioxyde de carbone diminuera si l'air n'est pas réapprovisionné car le dioxyde de carbone est utilisé par les plantes.

MAIS, pour un effet maximal, vous avez besoin d'une température chaude, de beaucoup de lumière et d'un supplément de CO2 si vous pouvez le fournir !

Vue d'ensemble de l'exploitation d'une serre réussie - cultivateur professionnel ou amateur !

Une serre utilisée est de créer artificiellement le meilleur environnement pour la croissance des plantes et augmenter l'efficacité de la photosynthèse.

ventilation - besoin de garder l'air frais et de s'assurer que le niveau de dioxyde de carbone ne descend pas en dessous de celui de l'air extérieur.

panneaux en verre (ou en plastique transparent) - permet la transmission de la lumière visible pour la photosynthèse et le rayonnement infrarouge pour être absorbé et élever la température.

approvisionnement en dioxyde de carbone - peut augmenter artificiellement le CO2 disponibles pour les plantes pour augmenter le taux de photosynthèse.

approvisionnement en eau - les plantes ont besoin d'un approvisionnement constant en eau, le sol ou le compost peuvent sécher pour une croissance optimale des plantes et les températures plus élevées dans une serre augmentent le taux de transpiration.

chauffe-eau - électrique pour augmenter la température les jours plus froids, de préférence de source renouvelable, si paraffine, la combustion produit du CO2 ce qui contribue à augmenter le taux de photosynthèse.

lumière artificielle - permet à la photosynthèse d'être continue 24h/24 et 7j/7 et indépendamment de la météo, MAIS il faut des périodes d'obscurité (utilisez une minuterie) pour permettre à la plante de transporter et de stocker le glucose sous forme d'amidon.

humidificateur - si l'atmosphère devient trop sèche, le taux de transpiration augmente et les plantes peuvent s'affaisser par manque d'eau

stores - peuvent être utilisés pour contrôler la lumière si nécessaire.

thermostat - vous ne savez pas s'il est utilisé dans les serres ?

La culture en serre peut augmenter considérablement le rendement des cultures pour une zone donnée.

Horticulture en serre (culture agricole de fleurs, fruits et légumes) est une l'agriculture intensive méthode utilisant divers développements technologiques - cela s'applique particulièrement à la culture hydroponique (décrite sur ma page de production alimentaire).

idéalement les agriculteurs-horticulteurs veulent des rendements optimaux des cultures sans production excessive de feuilles ou de racines.

Une serre piège les énergie solaire augmenter la température interne pour la rendre moins contraignante, mais le chauffage peut être nécessaire en hiver.

Cependant, le coûts supplémentaires de chauffage, d'éclairage artificiel ou d'ajout de CO2 à l'air, doit être compensé par la vente d'un produit de qualité acceptable à un prix de marché durable que le consommateur est prêt à payer !

Vous pouvez augmenter la température et les niveaux de dioxyde de carbone en même temps en utilisant un appareil de chauffage à la paraffine - l'une des meilleures utilisations d'un combustible fossile lorsqu'il est brûlé pour former du dioxyde de carbone !

En été, il peut arriver trop chaud donc de l'ombre et une ventilation supplémentaires peuvent être nécessaires pour créer des conditions plus fraîches.

L'utilisation de la lumière artificielle prolonge la période de croissance au-delà des heures normales de lumière du jour - mais un coût supplémentaire.

Notez également que les plantes enfermées dans une serre sont moins sensibles aux ravageurs et aux maladies.

Les engrais peuvent être ajoutés au sol pour fournir les minéraux dont la plante a besoin et absorbés du sol par le système racinaire.

L'utilisation des serres permet aux maraîchers de produire plus de bonnes récoltes par an et si vous pouvez contrôler les conditions et produire efficacement une récolte de qualité raisonnable, alors votre entreprise peut réussir sur le plan commercial.

Complexes de serres à grande échelle s'avèrent efficaces dans l'utilisation de conditions de croissance artificielles et utilisent des contrôles de la lumière et de la chaleur.

Des graphiques plus complexes démontrant plus d'un facteur limitant contrôlant le taux de photosynthèse

Rappel : Le facteur limitant est celui qui contrôle la vitesse maximale possible des réactions de photosynthèse pour un ensemble donné de conditions.

Pour ces expériences, un Température doit être choisi et conservé constant! (par exemple, temp. de labo de

Graphique 8 La chlorophylle comme facteur limitant

Graphique 8 montre le taux de photosynthèse pour deux plantes A et B.

Nous avons examiné la manière dont la lumière, la température ou le dioxyde de carbone peuvent être des facteurs limitants.

UNE manque de chlorophylle peut également être le 4ème facteur limitant.

Supposons que le graphique pour plante A est typique de la plupart des plantes qui ne sont pas adaptées pour vivre dans des zones ombragées et reçoivent un échantillon de lumière solaire, c'est-à-dire qui ne vivent pas dans une zone très ombragée.

Dans ce cas, le taux de photosynthèse est limité par la température ou la concentration de dioxyde de carbone dans l'air.

Certaines plantes, comme plante B, vivent à l'ombre continue, c'est-à-dire avec une faible intensité lumineuse.

Ces plantes ont adapté à ces conditions en évoluant pour développer un rapport feuilles/racines plus élevé que les autres plantes.

Les feuilles sont plus grandes et plus minces avec une plus grande surface donc plus de chlorophylle dans les chloroplastes est disponible pour absorber la lumière, augmentant ainsi l'efficacité de la photosynthèse de la plante.

Le graphique de B montre un taux initial de photosynthèse plus rapide en raison de la concentration plus élevée de chlorophylle, mais le taux de photosynthèse se stabilise avant que celui de la plante A en tant que facteur limitant n'entre en jeu.

Le facteur limitant pourrait être une température basse dans une zone ombragée,

ou le niveau de dioxyde de carbone s'il n'y a pas de mouvement d'air.

Travaux pratiques possibles que vous avez pu rencontrer - méthodes de mesure du taux de photosynthèse

Vous pouvez étudier le besoin de chlorophylle pour la photosynthèse avec des feuilles panachées

Prendre de fines tranches de pomme de terre et de pomme et ajouter de l'iode pour observer au microscope - tester l'amidon.

Étudier les effets de la lumière, de la température et des niveaux de dioxyde de carbone (à l'aide de potamot canadien, de Cabomba, de boules d'algues ou de disques de feuilles de crucifères) sur le taux de photosynthèse.

Vous pouvez utiliser des simulations informatiques pour modéliser le taux de photosynthèse dans différentes conditions

Vous pouvez utiliser des capteurs pour étudier l'effet du dioxyde de carbone et des niveaux de lumière sur le taux de photosynthèse et la libération d'oxygène.

Vous avez peut-être fait/vu des expériences sur le taux de photosynthèse dans lesquelles le volume d'oxygène formé est mesuré avec une seringue à gaz reliée à un flacon de solution d'hydrogénocarbonate de sodium (pour fournir le dioxyde de carbone) et du potamot canadien immergé dedans.

Toutes les méthodes expérimentales dépendent de la mesure du taux de production d'oxygène comme mesure du taux de photosynthèse.

Plus la production d'oxygène est rapide, plus la photosynthèse est rapide.

On suppose que le taux de production d'oxygène est proportionnel au taux de photosynthèse.

Donc, comment mesurer le taux de photosynthèse ?

Ensuite, les méthodes de mesure du taux de photosynthèse

Mesurer le r ate de photosynthèse - méthode expérimentale 1 mesurant le volume d'oxygène produit avec une seringue à gaz

Vous pouvez utiliser ce système de seringue à gaz pour mesurer les effets des changements de température, d'intensité lumineuse et de niveau de dioxyde de carbone (via une solution d'hydrogénocarbonate de sodium).

Méthode 1. Système de seringue à gaz

Une lampe et un bain-marie thermostaté ne sont pas représentés sur ce schéma, mais ils le sont dans le schéma de l'appareil pour la méthode 2 .

Il existe plusieurs plantes aquatiques que vous pouvez utiliser, la plus populaire semble être le potamot canadien (elodea canadensis), mais cela est considéré comme une espèce envahissante, alors peut-être qu'une autre plante aquatique oxygénée devrait être utilisée !

Dans cette « configuration », vous mesurez le taux de photosynthèse en mesurer le taux de production d'oxygène lorsque le gaz est collecté dans la seringue à gaz.

À partir du graphique du volume d'oxygène en fonction du temps, vous mesurez le gradient initial pour calculer le taux de production d'oxygène en tant que mesure du taux de photosynthèse.

Le graphique doit être raisonnablement linéaire au début, par ex. taux de photosynthèse en cm 3 /min .

Vous pouvez utiliser de l'hydrogénocarbonate de sodium (NaHCO3) comme source de dioxyde de carbone et faire varier son concentration faire varier la concentration en dioxyde de carbone. Vous pouvez utiliser de 0,1% à 5% de NaHCO3 soit 0,1g à 5g pour 100 cm 3 d'eau.

Avec une concentration croissante, vous devriez voir une augmentation du taux de bulles d'oxygène (par exemple cm 3 /min), mais vous devez maintenir la température constante, par exemple en laboratoire. temp. 20-25 o C, et l'intensité lumineuse constante en maintenant la lampe (non représentée sur le schéma) à la même distance du flacon.

La lumière du laboratoire lui-même contribuera, mais la lumière totale doit être constante.

Vous devez utiliser le même quantité et lot de potamot (ou autre plante aquatique oxygénante).

Vous utilisez le même volume de solution eau/hydrogénocarbonate de sodium.

En utilisant la configuration décrite dans le schéma, à température constante, intensité lumineuse constante - en utilisant la même lampe à la même distance du ballon, vous pouvez étudier l'effet de la concentration de carbonate/dioxyde de carbone sur le taux de photosynthèse.

Faire varier Température vous devez plonger la fiole conique dans un bain d'eau (non représenté) de températures constantes différentes, mais soigneusement contrôlées.

Vous devez être en mesure de démontrer un maximum

35-40 o C, c'est-à-dire que le taux devrait être nettement inférieur à

La concentration de NaHCO3 et l'intensité lumineuse doit être à la fois maintenue constante.

Varier le intensité lumineuse est assez difficile, vous devez positionner une lampe à différentes distances mesurées du flacon, mais pour des résultats précis, vous devez prendre une lecture du posemètre par le flacon dans la direction de la lampe - mais vous pouvez toujours utiliser la configuration de base de l'appareil décrit dans la méthode 1. ci-dessus.

Une lampe en position est montrée dans la méthode 2. et voir la discussion sur la loi du carré inverse plus bas dans la page.

Cette simple expérience peut facilement montrer en principe l'effet du changement des trois facteurs de contrôle du taux de photosynthèse.

Problèmes et erreurs avec la méthode

Idéalement, les expériences devraient être faites dans l'obscurité, avec la lampe comme seule source de lumière, ce qui n'est pas très pratique dans une situation de classe mais c'est particulièrement important lors de la variation de l'intensité lumineuse - je ne vois pas comment vous pouvez obtenir des résultats précis pour la lumière l'intensité, bien que l'utilisation d'un luxmètre puisse convenir ?

Faites-vous tourbillonner le flacon pour que le NaHCO3 la concentration reste raisonnablement constante ?, mais la même surface foliaire sera-t-elle exposée à la lumière en direction de la lampe ?

En faisant varier la température, il n'est pas facile de maintenir une température constante - si elle baisse un peu, vous pouvez utiliser la température moyenne, pas aussi précise, mais mieux que rien ! Un bain-marie thermostaté serait l'idéal.

L'appareil ci-dessus est typique de celui utilisé dans les expériences de vitesse de réaction en chimie.

Vous pouvez utiliser d'autres modèles d'expérience pour examiner plus facilement et, espérons-le, plus précisément les trois facteurs qui influencent le taux de photosynthèse..

Mesurer le r ate de photosynthèse - méthode expérimentale 2 - chronométrage du mouvement d'une bulle de gaz

Vous pouvez utiliser ce système de seringue à gaz pour mesurer les effets des changements de température, d'intensité lumineuse et de niveau de dioxyde de carbone (via une solution d'hydrogénocarbonate de sodium).

À la fin de la méthode 2, le carré inverse de l'intensité lumineuse est expliqué.

Méthode2.

Méthode 2. Suivi du dégagement gazeux d'une bulle de gaz dans un tube capillaire

J'ai vu ce genre de montage dans des manuels et sur internet et cela semble correct en principe, mais j'ai des doutes sur son utilisation en pratique ?

Dans celui-ci, le potamot canadien (élodée) est enfermé dans un tube bouillant et placé dans un grand bécher d'eau qui agit comme un simple bain thermostaté pour maintenir la température constante. Encore une fois, un bain-marie thermostaté serait idéal.

Une lampe est positionnée à des distances appropriées avec une règle.

Les bulles d'oxygène sont canalisées dans un tube capillaire.

A partir du taux de mouvement des bulles, vous obtenez une estimation du taux de production d'oxygène en tant que mesure du taux de photosynthèse.

Il peut suffire de mesurer la vitesse d'une bulle dans le tube capillaire, MAIS que se passe-t-il si elle se remplit d'oxygène gazeux - vous ne verrez aucun mouvement.

Les points généraux sur l'étude des trois variables ont été décrits dans la méthode 1. Il ne devrait pas être nécessaire de les répéter.

Comment mesurer le taux ?

Vous pouvez mesurer la vitesse d'une bulle d'air par l'échelle,

Si vous utilisiez une seringue à gaz ici, vous obtiendriez un mélange de gaz et de liquide dans la seringue - pas très satisfaisant, le liquide dans la seringue peut rendre le mouvement assez rigide et difficile de mesurer un volume précis d'oxygène gazeux formé.

Autres réflexions sur les méthodes expérimentales décrites dans les méthodes 1 et 2 ci-dessus pour déterminer le taux de photosynthèse dans l'expérience canadienne sur le potamot.

La mise en place' probablement le meilleur système que je puisse concevoir assis à la maison devant l'écran de l'ordinateur !

Dans la méthode 2, le tube de potamot pourrait être enfermé dans un grand bécher d'eau qui agit comme un simple bain thermostaté pour maintenir la température constante - idéalement un bain-marie thermostaté.

Le tube de potamot est immergé dans NaHCO3 solution est soumise à une lampe émettant une lumière blanche brillante à une distance spécifique du tube de potamot.

Vous pouvez à nouveau utiliser de l'hydrogénocarbonate de sodium (NaHCO3) comme source de dioxyde de carbone et faire varier son concentration faire varier la concentration en dioxyde de carbone.

Vous pouvez utiliser de 0,1% à 5% de NaHCO3 soit 0,1g à 5g pour 100 cm 3 d'eau.

(i) Les bulles d'oxygène sont toujours canalisées dans un tube capillaire mais les gaz et les liquides peuvent sortir librement du tube capillaire - aucun problème avec le liquide dans la seringue qui peut de toute façon être assez rigide et difficile à mesurer avec un volume précis.

(ii) Une jonction en T dans le tube permet "l'injection" d'eau dans le flux de gaz pour rendre visibles les bulles de gaz.

Vous devez utiliser le même quantité et lot de potamot (ou autre plante aquatique oxygénante).

Vous utilisez le même volume de solution eau/hydrogénocarbonate de sodium.

Que pouvez-vous mesurer et varier ?

Mesurer le taux de photosynthèse en mesurant le taux de production d'oxygène gazeux dans la seringue à gaz est plus précis mais nécessite plus de temps pour obtenir un ensemble de lectures pour tracer un graphique.

La mesure de la vitesse du mouvement horizontal des bulles de gaz est assez facile grâce à l'échelle linéaire précise et au chronomètre.

Vous pouvez utiliser un tube capillaire uniforme assez long pour augmenter la sensibilité et donc la précision de l'expérience.

Pour chaque ensemble de conditions expérimentales, obtenez au moins trois lectures raisonnablement cohérentes et calculez une moyenne pour la meilleure précision.

La vitesse des bulles en cm/s vous donne une mesure relative de la vitesse de la réaction globale de la photosynthèse pour produire de l'oxygène.

Avec l'augmentation de concentration (de NaHCO3) vous devriez voir une augmentation du taux de bulles d'oxygène, mais vous devez maintenir la température constante, par exemple en laboratoire. temp. 20-25 o C, et l'intensité lumineuse constante en maintenant la lampe à une distance fixe du flacon. La lumière du laboratoire lui-même contribuera, mais la lumière totale doit être constante et vous pouvez utiliser un posemètre pour assurer la même intensité lumineuse.

Essayez d'utiliser une gamme de concentrations, par exemple des solutions de 1% à 5% (1g - 5g de NaHCO3 pour 100 cm 3 d'eau).

Faire varier Température vous devez immerger le tube d'ébullition dans des bains-marie à différentes températures soigneusement contrôlées et constantes - idéalement en utilisant un bain-marie thermostaté.

Vous devriez être en mesure d'obtenir suffisamment de résultats, par exemple des incréments de 5 o de 15 o C à 50 o C pour montrer au maximum le taux maximum de photosynthèse qui devrait être d'environ 35-40 o C.

La concentration de NaHCO3 et l'intensité lumineuse doit être à la fois maintenue constante.

Varier le intensité lumineuse est assez difficile, vous devez positionner une lampe à différentes distances mesurées du tube de potamot.

Vous pouvez calculer l'intensité relative en utilisant la loi du carré inverse, voir la section intensité lumineuse sur cette page.

MAIS, pour des résultats précis, vous devez effectuer une lecture du luxmètre par le ballon dans la direction de la lampe (voir la discussion sur la loi du carré inverse plus bas dans la page).

Vous devez choisir et maintenir constantes à la fois la température et la concentration en hydrogénocarbonate de sodium des valeurs appropriées, par exemple une solution à 2% de NaHCO3 et 25 o C.

Bien que je pense qu'il s'agit d'une amélioration par rapport à la méthode 2, il est encore assez difficile d'obtenir des résultats précis.

Je pense qu'un posemètre est essentiel pour des résultats précis - changer la distance de la lampe est pertinent pour changer l'intensité lumineuse, MAIS, l'intensité n'est PAS une simple fonction de la distance.

Vous devez utiliser le même échantillon de potamot, mais est-ce toujours la même surface foliaire vers la lumière ?

Les essais expérimentaux ne devraient pas prendre trop de temps car le NaHCO3/CO2 la concentration baisse tout le temps.

Graphiques des données expérimentales et leur interprétation

Sept graphiques ont déjà été décrits en détail sur cette page.

L'intensité relative de la lumière à partir d'une puissance fixe est régie par une loi du carré inverse.

Lorsque vous étudiez l'influence de l'intensité lumineuse sur le taux de photosynthèse, vous devez apprécier la loi du carré inverse appliquée à l'intensité lumineuse pour une puissance de lampe et une émission lumineuse fixes.

Au fur et à mesure que vous éloignez la lampe, l'intensité lumineuse diminue, de même que le taux de photosynthèse.

MAIS l'intensité lumineuse est inversement proportionnelle à la distance entre la source lumineuse et le tube expérimental au carré.

A partir d'une source lumineuse spécifique.

intensité lumineuse relative = 1 / d 2

. les l'intensité lumineuse est en unités arbitraires, d = distance de la lampe à l'expérience.

L'effet de la loi peut être démontré par quelques calculs simples.

. traiter cette idée à la fois comme des prédictions et des résultats théoriques idéaux !

La loi du carré inverse pour l'intensité lumineuse relative signifie que la luminosité relative ressentie par la plante diminue considérablement à mesure que la lampe s'éloigne de plus en plus du tube d'expérimentation.

Graphiques du taux de photosynthèse en fonction de la distance de la lampe à partir d'expériences telles que la méthode 3.

Ces graphiques sont des tracés des données théoriques utilisées dans le tableau ci-dessus en supposant une source lumineuse constante (une lampe !).

Graphique (a) montre à quelle vitesse l'intensité lumineuse diminue à mesure que vous éloignez le tube/flacon d'expérience de la source lumineuse, comme en témoigne la baisse tout aussi rapide du taux de photosynthèse. Ceci est une conséquence de la loi du carré inverse de l'intensité lumineuse. Vous pouvez montrer par expérience que le taux de photosynthèse est proportionnel à l'intensité lumineuse où il est le facteur limitant. Le graphique montre également que la relation entre le taux de photosynthèse et la distance de la lampe n'est pas linéaire.

Graphique (b) montre que le taux de photosynthèse n'est pas proportionnel à l'inverse de la distance de la lampe, mais c'est un graphique plus linéaire que (a).

Graphique (c) montre (pour des résultats idéaux) que le taux de photosynthèse est proportionnel à l'inverse de la distance de la lampe au carré (et l'intensité lumineuse de la lampe est proportionnelle à 1 / d 2 ). Par conséquent, dans le graphique (c), l'axe horizontal pourrait également être étiqueté intensité lumineuse relative, une relation linéaire proportionnelle avec le taux de photosynthèse.

Quelques expériences simples pour étudier les aspects de la photosynthèse

Quelques démonstrations d'implication de la photosynthèse

Démontrer la présence d'amidon dans les feuilles des plantes

Des expériences simples sur la production d'amidon dans les plantes

Expérience 1. Pour tester l'amidon dans les feuilles

Une feuille, tenue avec des pinces/pinces à épiler, est « trempée » dans de l'eau bouillante - pour arrêter toutes ses réactions chimiques.

La feuille est placée dans un tube d'alcool bouillant et chauffée doucement dans un bain-marie électrique - cela dissout la chlorophylle verte et donne à la feuille une couleur très pâle - plus verte !

Attention, l'éthanol est hautement inflammable - les becs Bunsen ne sont pas recommandés !

La feuille presque blanche est rincée à l'eau froide et disposée sur un papier filtre.

À l'aide d'une pipette à tétine, repérez quelques gouttes de iode solution sur la feuille.

Si de l'amidon est présent, un couleur bleu-noir apparaîtra - le test alimentaire standard simple pour les molécules d'amidon.

Préparation des plantes et mise en place pour les expériences 2. et 3.

Vous pouvez faire des expériences simples avec de petites plantes dans des pots, si nécessaire les garder enfermées dans une cloche.

Vous devez "désamidonner" les plantes en les laissant dans l'obscurité pendant au moins 48 heures.

La plante utilisera sa réserve d'énergie en amidon pour rester en vie !

Vous pouvez utiliser cette configuration pour faire quelques expériences simples et, enfin, en utilisant le test d'amidon décrit ci-dessus, pour montrer ce qui est requis pour la photosynthèse, ou en fait, si la photosynthèse avait lieu.

Expérience 2. Montrer que la lumière est nécessaire à la photosynthèse

De votre stock de plantes "désamidonnées", vous en conservez une dans l'obscurité et l'autre en plein soleil ou à la lumière artificielle.

Après 24 heures, vous testez un échantillon de feuille de chaque plante pour la présence d'amidon.

La feuille de la plante dans l'obscurité doit ne pas donner la couleur bleu-noir avec une solution d'iode - la photosynthèse n'avait pas eu lieu.

La feuille de la plante à la lumière doit avoir produit de l'amidon à partir de la photosynthèse, et après test doit donner une couleur bleu-noir avec une solution d'iode montrant la présence d'amidon.

Cela montre que la lumière est nécessaire à la photosynthèse.

Les plantes doivent ne pas être enfermé dans la cloche, afin que chaque plante ait accès au dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

Idéalement, les plantes doivent être identiques et maintenues à la même température pour un test équitable.

Expérience 3. Pour montrer que le dioxyde de carbone est nécessaire

De votre stock de plantes 'désamidonnées', deux plantes sont laissées à la lumière du jour ou à la lumière artificielle.

MAIS, l'une des plantes est placée dans un cloche avec une petite boîte de Pétri de chaux sodée.

(a) Cela isole l'une des plantes de l'atmosphère "normale" environnante.

(b) La chaux sodée absorbe et réagit chimiquement avec le dioxyde de carbone pour donner un produit solide - éliminant ainsi le dioxyde de carbone de l'atmosphère autour de la plante.

Les plantes sont ensuite laissées de côté pendant 24 heures.

Après 24 heures, vous testez un échantillon de feuille de chaque plante pour la présence d'amidon.

La feuille de la plante laissée au laboratoire (pas dans la cloche) avec accès à l'atmosphère devrait avoir produit de l'amidon à partir de la photosynthèse - après test devrait donner une couleur bleu-noir avec une solution d'iode montrant la présence d'amidon.

Cependant, la feuille de la plante dans la cloche doit ne pas donner la couleur bleu-noir avec une solution d'iode - montrant que la photosynthèse pour former de l'amidon n'avait pas eu lieu malgré l'accès à la lumière.

Cela montre que le dioxyde de carbone est nécessaire à la photosynthèse.

Idéalement, les plantes doivent être identiques et maintenues à la même température pour un test équitable.

Expérience 4. Montrer que le dioxyde de carbone est impliqué dans les échanges gazeux de la photosynthèse

Il s'agit d'une simple expérience d'échange de gaz de photosynthèse utilisant un indicateur d'hydrogénocarbonate et des feuilles de plantes.

Trois tubes à essai sont mis en place comme dans le schéma et décrits ci-dessous.

Les trois tubes à essai sont exposés à la même intensité de lumière vive - lumière du soleil ou lampe.

Une éprouvette est mise en place ne contenant que quelques cm 3 de l'indicateur orange d'hydrogénocarbonate.

Cela agit comme un contrôle et ne devrait pas changer de son original couleur orange, puisqu'il ne contient aucune feuille de plante et qu'il est scellé à l'atmosphère, il devrait y avoir juste le niveau de fond normal de dioxyde de carbone au-dessus de l'indicateur.

Si la solution indicatrice devient plus acide, il devient jaune.

Si la solution indicatrice devient moins acide, il devient rouge.

Maintenant, souviens-toi, le dioxyde de carbone est acide lorsqu'il est dissous dans l'eau.

Observations et interprétation

2. Feuilles exposées à une lumière vive

Lorsqu'elles sont exposées à la lumière, les feuilles peuvent photosynthèse et absorbe le dioxyde de carbone.

6H2O + 6CO2 ====> C6H12O6 + 6O2

Par conséquent, le dioxyde de carbone sera absorbé par la plante et la réduction du dioxyde de carbone signifie que les conditions sont moins acide.

Ainsi, l'indicateur d'hydrogénocarbonate passe à rouge - solution moins acide.

En pleine lumière, le taux de photosynthèse sera supérieur au taux de respiration.

(L'oxygène remplacera le dioxyde de carbone, mais cela n'est pas détecté dans cette expérience, mais vous pouvez mettre en place un système pour le collecter et tester le gaz avec une attelle incandescente - qui devrait être rallumée.)

3. Feuilles à l'abri de la lumière

Si peu de lumière peut atteindre la surface des feuilles, la photosynthèse ne peut pas avoir lieu efficacement.

Pour que les feuilles (plante) survivent, elles doivent passer d'une moindre photosynthèse à une plus de respiration.

C6H12O6 + 6O2 ====> 6H2O + 6CO2

Les feuilles de la plante qui respirent dégagent du dioxyde de carbone, ce qui rend la condition plus acide.

Par conséquent, l'indicateur d'hydrogénocarbonate tourne jaune - solution plus acide.

A l'ombre, le taux de photosynthèse sera inférieur au taux de respiration.

Expérience 5. Démonstration simple de l'effet de la lumière sur le taux de photosynthèse

Vous pouvez utiliser cette expérience d'investigation simple pour vous aider à concevoir des expériences quantitatives plus sophistiquées et plus précises décrites dans la méthode 1. système de seringue à gaz et méthode 2. système de bulles de gaz en mouvement.

Vous mettez en place un bécher rempli d'eau ou d'une solution d'hydrogénocarbonate de sodium.

Dans le bécher, vous placez une plante oxygénante comme un potamot à l'intérieur d'un entonnoir filtrant inversé.

Vous remplissez un tube à essai avec de l'eau et l'inversez, toujours rempli d'eau, et le placez sur la sortie de l'entonnoir du filtre.

Lorsque vous projetez une lumière vive (lumière du soleil ou lampe) sur le système, vous devriez voir des bulles d'oxygène s'élever et s'accumuler dans le tube à essai inversé.

6H2O + 6 CO2 == léger ==> C6H12O6 + 6 O2

Si vous collectez suffisamment de gaz, cela devrait enflammer une attelle incandescente - un simple test chimique pour l'oxygène.

Vous pouvez jouer avec une distance de lampe pour augmenter ou diminuer l'intensité lumineuse et noter toute différence dans le taux de formation de bulles.

Vous devriez constater que l'ajout d'hydrogénocarbonate de sodium accélère la photosynthèse car il fournit plus de dioxyde de carbone - il n'y a qu'une petite quantité dissoute dans l'eau du robinet/déminéralisée.

Encore une fois, vous pouvez comparer l'eau avec une solution d'hydrogénocarbonate de sodium à la même intensité lumineuse.

MAIS, cette configuration n'est pas bonne pour regarder la température.

En fait, toute l'expérience n'est pas très précise du tout.

Les bulles ont tendance à se former de manière aléatoire, aucun moyen de mesurer avec précision le volume de gaz ou la vitesse à laquelle le gaz se dégage, aucun bain thermostaté pour contrôler et faire varier la température.

D'où la nécessité de la méthode 1. système de seringue à gaz et de la méthode 2. système de bulles de gaz en mouvement.

La petite-fille de trois ans Niamh fait un peu de science du jardin !

Notes générales de révision de BIOLOGIE VÉGÉTALE

et une section sur Cellules souches et utilisations - méristèmes chez les plantes (en fin de page !)

Section sur les plantes sur le clonage - culture tissulaire des plantes notes de révision de la biologie du gcse

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"L'intensité lumineuse a-t-elle un effet sur la photosynthèse d'Elodea" Essais et documents de recherche

Les Effets de Léger Intensité sur le taux de Photosynthèse Objectif : enquêter sur les effets de léger intensité au photosynthèse. Fond: Photosynthèse est un processus que les plantes subissent pour produire du glucose. La plante utilise ensuite le glucose pour produire de l'énergie dont la plante a besoin pour maintenir la vie. La formule chimique de photosynthèse est : Lumière du soleil 6CO2 +6H2O → C6H12O6 + 6O2 Chlorophylle La plante a besoin léger, dioxyde de carbone et.

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Étudier l'effet de l'intensité lumineuse sur la photosynthèse

Laboratoire de biologie : mesurer la effet de léger intensité sur la croissance des plantes Objectif : Étudier la effet de léger intensité sur la croissance des plantes Hypothèse : Léger intensité volonté ont un effet sur la croissance des plantes. Avec une augmentation de léger intensité il y aura une croissance des plantes à un rythme plus rapide par rapport au moment où le léger intensité est faible là où la croissance des plantes est limitée et se déroulera lentement. Quand il y a trop léger intensité, les léger intensité ne deviendra plus un facteur limitant. Une limite.

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Comment l'intensité lumineuse affecte la photosynthèse

Comment Est-ce que léger intensité et les niveaux de dioxyde de carbone affectent photosynthèse taux Phaladi Phaladi 201102379 Département d'enseignement des mathématiques et des sciences Université du Botswana Plantes, grâce à l'utilisation de la chlorophylle (pigment vert dans les plantes) qui piège léger peut générer de la «nourriture» en combinant le dioxyde de carbone dans l'air et l'eau. Comme pour de nombreux processus chimiques, l'énergie est nécessaire pour fabriquer et casser des molécules au cours du processus chimique. Plus le léger niveaux plus il y a d'énergie disponible à transporter.

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Lumière et photosynthèse

Photosynthèse Vocabulaire des corrigés du laboratoire : dioxyde de carbone, chlorophylle, glucose, facteur limitant, nanomètre, photosynthèse, longueur d'onde Questions sur les connaissances préalables (faites-les AVANT d'utiliser le Gizmo.) [Remarque : le but de ces questions est d'activer les connaissances préalables et de faire réfléchir les élèves. On ne s'attend pas à ce que les élèves connaissent les réponses aux questions de connaissances préalables.] • Pour survivre, de quel gaz devons-nous respirer ? Oxygène • Où ce gaz est-il produit ? Dans les plantes Gizmo.

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Comment la quantité de C02 affecte-t-elle le taux de photosynthèse ?

Comment Est-ce que la quantité de CO2 affecte le taux de Photosynthèse? Il existe un certain nombre de variables qui peuvent affecter le photosynthèse taux de mauvaises herbes aquatiques au Canada (Élodée). Ils sont les suivants : &#61656 Le montant de léger: une augmentation léger niveau augmente le taux de photosynthèse à un certain point où à un autre facteur limite la photosynthèse taux. &#61656 La température : l'augmentation de la température augmente le taux de photosynthèse à une certaine température, après quoi, des enzymes essentielles.

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Photosynthèse dans Elodea Lab

Élodée & Photosynthèse Photosynthèse est le processus par lequel les plantes vertes et certains autres organismes utilisent la lumière du soleil pour synthétiser des nutriments à partir de dioxyde de carbone et d'eau. Photosynthèse dans les plantes implique généralement le pigment vert chlorophylle et génère de l'oxygène comme sous-produit. Introduction Ce laboratoire a été créé afin de déterminer dans quelle mesure Est-ce que distance d'un léger source (5 cm, 10 cm et 15 cm) affecte le taux de photosynthèse (mesurée en bulles / 3 min) en Élodée plantes aquatiques. Hypothèse.

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Enquête sur la façon dont l'intensité lumineuse affecte le taux de photosynthèse.

Introduction: Photosynthèse est le processus par lequel les plantes vertes utilisent le léger énergie pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en sucre simple appelé glucose, qui fournit une source d'énergie de base pour la plante. Photosynthèse se produit dans les feuilles qui contiennent des structures cellulaires spécialisées appelées chloroplastes. Les chloroplastes contiennent des molécules d'un pigment vert appelé chlorophylle, composé en grande partie de carbone et d'hydrogène. Il donne une couleur verte et absorbe le nécessaire léger pour photosynthèse. Chloroplastes.

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Étude de l'effet de l'intensité lumineuse

Enquête sur le effet de léger intensité Équipement : * Loga de données * Léger capteur * Ampoule * Mètre règle X3 Variables : Variable indépendante – distance du léger capteur de la léger source (m) Variable dépendante – intensité de léger (lux) Contrôle | Pourquoi faut-il le contrôler ? | Comment allez-vous le contrôler ? | Ampoule | Il y a différents watts dans différentes ampoules | Utilisez la même ampoule, mais si votre Est-ce que pause à mi-chemin à travers l'expérience, vous pouvez utiliser une autre ampoule avec le.

Premium Sun , Light , Aerosmith 1356 mots | 6 pages

Laboratoire de photosynthèse

PHOTOSYNTHÈSE LABORATOIRE Alyssa Wright VARIABLE : LÉGER INTENSITÉ OBJECTIF : enquêter sur effet de léger intensité (lux) sur la quantité d'oxygène produit (nombre de bulles) HYPOTHÈSE : Je prédis que le taux d'oxygène produit augmente, à mesure que le léger intensité augmente, mais seulement jusqu'à un certain point. Je prédis que cela arrivera parce que la plante va ont suffisamment de dioxyde de carbone et d'eau pour suivre la quantité de léger qu'il y a. Quand il y a moins léger intensité, photosynthèse qui va se passer.

Lumière Premium , Redox , Dioxyde de carbone 1012 mots | 5 pages

Photosynthèse et lumière jaune

Photosynthèse Présentation du rapport de laboratoire lumières sont indispensables pour photosynthèse et il joue un rôle majeur. Toute la nourriture que nous mangeons et tous les combustibles fossiles que nous utilisons sont le produit de photosynthèse, qui est le processus qui convertit l'énergie de la lumière du soleil en formes chimiques d'énergie pouvant être utilisées par les systèmes biologiques. Photosynthèse est effectuée par de nombreux organismes différents, mais généralement par des plantes et des algues. Tous ces organismes convertissent le CO2 (dioxyde de carbone).


Caractéristiques générales

L'étude de la photosynthèse a commencé en 1771 avec des observations faites par l'ecclésiastique et scientifique anglais Joseph Priestley. Priestley avait brûlé une bougie dans un récipient fermé jusqu'à ce que l'air à l'intérieur du récipient ne puisse plus supporter la combustion. Il a ensuite placé un brin de menthe dans le récipient et a découvert qu'après plusieurs jours, la menthe avait produit une substance (reconnue plus tard comme de l'oxygène) qui permettait à l'air confiné d'entretenir à nouveau la combustion. En 1779, le médecin néerlandais Jan Ingenhousz a développé les travaux de Priestley, montrant que la plante devait être exposée à la lumière si la substance combustible (c'est-à-dire l'oxygène) devait être restaurée. Il a également démontré que ce processus nécessitait la présence des tissus verts de la plante.

En 1782, il fut démontré que le gaz comburant (l'oxygène) se formait aux dépens d'un autre gaz, ou « air fixe », qui avait été identifié l'année précédente comme étant le dioxyde de carbone. Des expériences d'échange de gaz en 1804 ont montré que le gain de poids d'une plante cultivée dans un pot soigneusement pesé résultait de l'absorption de carbone, qui provenait entièrement du dioxyde de carbone absorbé, et de l'eau absorbée par les racines des plantes, le reste étant de l'oxygène, libéré à l'atmosphère. Près d'un demi-siècle s'est écoulé avant que le concept d'énergie chimique ne se développe suffisamment pour permettre la découverte (en 1845) que l'énergie lumineuse du soleil est stockée sous forme d'énergie chimique dans des produits formés lors de la photosynthèse.


Photosynthèse - Intensité lumineuse - Biologie

Dans la photosynthèse, l'énergie du soleil est utilisée pour transformer le dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau en sucre. L'oxygène est un déchet.

Plus de lumière peut signifier plus de photosynthèse. Cela ne veut pas nécessairement dire plus cependant. Lorsque nous considérons la photosynthèse comme un processus, nous pouvons voir qu'il y a au moins trois choses qui peuvent limiter le processus : la lumière, l'eau et le dioxyde de carbone. Plus de lumière n'aidera pas si nous n'avons pas assez d'eau et de dioxyde de carbone.

En fait, la plupart des endroits sur Terre ont la même quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, mais une plante ne peut l'obtenir qu'en ouvrant des trous dans ses feuilles. Ces trous sont trop petits pour que vous puissiez les voir sans un microscope puissant, mais ils sont assez grands pour laisser sortir la vapeur d'eau de la plante. L'eau est donc une limite importante pour une plante. Plus de lumière est en fait un problème si l'eau est rare, car encore plus d'eau s'évapore de la plante.

Ceci est un exemple de la façon dont l'augmentation d'un facteur (la lumière du soleil) peut conduire à la limitation d'un autre facteur (l'eau).

Comment pouvez-vous regarder un paysage et dire si beaucoup de photosynthèse s'y produisent habituellement ?

Donc, par niveau de lumière, vous entendez probablement l'intensité lumineuse qui peut être mesurée. L'intensité lumineuse est généralement définie comme l'énergie atteignant une zone sur une certaine période de temps. Ainsi, dans le cas d'une plante, une intensité lumineuse plus élevée signifie que plus de paquets de lumière appelés « photons » frappent les feuilles. Au fur et à mesure que vous passez d'une faible intensité lumineuse à une intensité lumineuse plus élevée, le taux de photosynthèse augmentera car il y a plus de lumière disponible pour conduire les réactions de la photosynthèse. Cependant, une fois que l'intensité lumineuse est suffisamment élevée, le taux n'augmentera plus car d'autres facteurs limiteront le taux de photosynthèse. Un facteur limitant pourrait être la quantité de molécules de chlorophylle qui absorbent la lumière. À une intensité lumineuse très élevée, le taux de photosynthèse chuterait rapidement à mesure que la lumière commencerait à endommager la plante.

C'est un aspect très important de la photosynthèse. Comme vous le savez probablement, La photosynthèse est une réaction chimique qui capte l'énergie lumineuse et la transforme en sucre. Ces sucres sont ensuite utilisés par la plante comme énergie pour un certain nombre de choses. Le processus de photosynthèse nécessite trois choses : la lumière, le dioxyde de carbone et l'eau. Si l'une de ces choses est insuffisante, la photosynthèse ne peut pas se produire. Lorsque vous augmentez le niveau de lumière, les plantes feront plus de photosynthèse. Mais, si vous avez trop de lumière, alors les 2 autres ingrédients deviennent limitants et la photosynthèse ne peut plus augmenter avec le niveau de lumière. Lorsque cela se produit, les feuilles peuvent subir des coups de soleil. Si vous avez déjà vu une feuille avec de grandes sections brunes sèches sur une feuille vivante, c'est parce que cette feuille a subi des coups de soleil.

Avec trop peu de lumière, la photosynthèse ne peut pas non plus se produire et la plante souffre sans production de sucres. Il existe de nombreuses interactions compliquées entre les plantes et la lumière. J'espère que vous continuerez à enquêter sur ce sujet, car l'histoire devient de plus en plus intéressante et excitante au fur et à mesure que vous avancez.

La photosynthèse a besoin de lumière, mais elle a aussi besoin d'autres choses, et trop de lumière peut créer de la chaleur et de la sécheresse qui sont mauvaises pour la photosynthèse. Pour cette raison, les plantes dans différents environnements ont des structures différentes pour les aider à obtenir la bonne quantité de lumière. Dans les forêts tropicales humides, où il y a beaucoup d'eau, les arbres poussent très haut pour atteindre le plus de lumière possible. Dans les déserts, les plantes utilisent des poils ou des écailles sur leurs feuilles pour réduire la quantité de lumière qu'elles reçoivent afin d'empêcher la lumière de faire monter la température trop haut ou de dessécher les plantes.

Je ne suis pas sûr de ce que vous entendez par "niveau" de lumière, mais je vais répondre à votre question de différentes manières - en termes d'intensité de la lumière et de longueur d'onde de la lumière.

La photosynthèse a besoin d'eau, de dioxyde de carbone, de chlorophylle, de lumière et de la bonne température. La lumière est un facteur extrêmement important pour le processus. S'il y a suffisamment d'eau, de dioxyde de carbone et que la température est correcte, la lumière devient le facteur qui affectera la photosynthèse. La plupart du temps, lorsque l'intensité de la lumière est élevée, vous obtiendrez un taux de photosynthèse plus élevé. Mais, ce taux a une limite, et une fois cette limite atteinte, vous ne pouvez pas augmenter le taux au-delà de cette limite.

La chlorophylle est un pigment vert dans le chloroplaste de la cellule végétale qui absorbe la lumière. Cela signifie qu'il absorbera toute longueur d'onde de lumière qui n'est pas dans le spectre vert de la lumière. Si vous regardez un spectre de 400 nm à 700 nm. La quantité de lumière absorbée augmentera jusqu'à atteindre un pic à environ 450 nm (lumière bleue). Ensuite, il commencera à diminuer et sera très faible (presque 0) jusqu'à 500-550 nm (lumière verte), puis il augmentera à nouveau pour culminer à environ 700 nm (lumière rouge et jaune).


8.2 Les réactions dépendantes de la lumière de la photosynthèse

Comment la lumière peut-elle être utilisée pour faire de la nourriture? Lorsqu'une personne allume une lampe, l'énergie électrique devient de l'énergie lumineuse. Comme toutes les autres formes d'énergie cinétique, la lumière peut voyager, changer de forme et être exploitée pour effectuer un travail. Dans le cas de la photosynthèse, l'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique, que les photoautotrophes utilisent pour construire des molécules de glucides (figure 8.9). Cependant, les autotrophes n'utilisent que quelques composants spécifiques de la lumière du soleil.

Qu'est-ce que l'énergie lumineuse ?

Le soleil émet une énorme quantité de rayonnement électromagnétique (énergie solaire). Les humains ne peuvent voir qu'une fraction de cette énergie, laquelle partie est donc appelée « lumière visible ». La manière dont l'énergie solaire se déplace est décrite comme des vagues. Les scientifiques peuvent déterminer la quantité d'énergie d'une onde en mesurant sa longueur d'onde, la distance entre les points consécutifs d'une onde. Une seule vague est mesurée à partir de deux points consécutifs, par exemple de crête à crête ou de creux à creux (Figure 8.10).

La lumière visible ne constitue qu'un des nombreux types de rayonnement électromagnétique émis par le soleil et d'autres étoiles. Les scientifiques différencient les différents types d'énergie rayonnante du soleil dans le spectre électromagnétique. Le spectre électromagnétique est la gamme de toutes les fréquences de rayonnement possibles (figure 8.11). La différence entre les longueurs d'onde est liée à la quantité d'énergie qu'elles transportent.

Chaque type de rayonnement électromagnétique se déplace à une longueur d'onde particulière. Plus la longueur d'onde est longue (ou plus elle apparaît allongée dans le diagramme), moins l'énergie est transportée. Les vagues courtes et serrées transportent le plus d'énergie. Cela peut sembler illogique, mais pensez-y en termes de déplacement d'une lourde corde. Il faut peu d'effort à une personne pour déplacer une corde dans de longues et larges vagues. Pour faire bouger une corde dans des vagues courtes et serrées, une personne aurait besoin d'appliquer beaucoup plus d'énergie.

Le spectre électromagnétique (figure 8.11) montre plusieurs types de rayonnement électromagnétique provenant du soleil, dont les rayons X et les rayons ultraviolets (UV). Les ondes à plus haute énergie peuvent pénétrer les tissus et endommager les cellules et l'ADN, expliquant pourquoi les rayons X et les rayons UV peuvent être nocifs pour les organismes vivants.

Absorption de la lumière

L'énergie lumineuse initie le processus de photosynthèse lorsque les pigments absorbent la lumière. Les pigments organiques, que ce soit dans la rétine humaine ou dans le thylakoïde chloroplastique, ont une gamme étroite de niveaux d'énergie qu'ils peuvent absorber. Les niveaux d'énergie inférieurs à ceux représentés par la lumière rouge sont insuffisants pour élever un électron orbital à un état excité (quantique) pouvant être rempli. Des niveaux d'énergie supérieurs à ceux de la lumière bleue vont physiquement déchirer les molécules, ce qu'on appelle le blanchiment. Ainsi, les pigments rétiniens ne peuvent « voir » (absorber) que la lumière de 700 nm à 400 nm, qui est donc appelée lumière visible. Pour les mêmes raisons, les molécules de pigment des plantes n'absorbent que la lumière dans la plage de longueurs d'onde de 700 nm à 400 nm. Les physiologistes des plantes appellent cette plage pour les plantes un rayonnement photosynthétiquement actif.

La lumière visible vue par les humains sous forme de lumière blanche existe en réalité dans un arc-en-ciel de couleurs. Certains objets, comme un prisme ou une goutte d'eau, dispersent la lumière blanche pour révéler les couleurs à l'œil humain. La partie lumière visible du spectre électromagnétique montre l'arc-en-ciel de couleurs, le violet et le bleu ayant des longueurs d'onde plus courtes et donc une énergie plus élevée. A l'autre extrémité du spectre vers le rouge, les longueurs d'onde sont plus longues et ont une énergie plus faible (Figure 8.12).

Comprendre les pigments

Il existe différents types de pigments, et chacun a évolué pour n'absorber que certaines longueurs d'onde (couleurs) de la lumière visible. Les pigments réfléchissent ou transmettent les longueurs d'onde qu'ils ne peuvent pas absorber, les faisant apparaître dans la couleur correspondante.

Les chlorophylles et les caroténoïdes sont les deux principales classes de pigments photosynthétiques présents dans les plantes et les algues. Chaque classe possède plusieurs types de molécules pigmentaires. Il existe cinq principales chlorophylles : une, b, c et et une molécule apparentée trouvée dans les procaryotes appelée bactériochlorophylle. Chlorophylle une et la chlorophylle b se trouvent dans les chloroplastes des plantes supérieures et seront au centre de la discussion suivante.

Avec des dizaines de formes différentes, les caroténoïdes sont un groupe de pigments beaucoup plus important. Les caroténoïdes présents dans les fruits, tels que le rouge de la tomate (lycopène), le jaune des graines de maïs (zéaxanthine) ou l'orange d'une peau d'orange (β-carotène), sont utilisés comme publicités pour attirer les disperseurs de graines. Dans la photosynthèse, les caroténoïdes fonctionnent comme des pigments photosynthétiques qui sont des molécules très efficaces pour l'élimination de l'excès d'énergie. Lorsqu'une feuille est exposée au plein soleil, les réactions dépendantes de la lumière sont nécessaires pour traiter une énorme quantité d'énergie si cette énergie n'est pas gérée correctement, elle peut causer des dommages importants. Par conséquent, de nombreux caroténoïdes résident dans la membrane thylacoïdienne, absorbent l'excès d'énergie et dissipent en toute sécurité cette énergie sous forme de chaleur.

Chaque type de pigment peut être identifié par le modèle spécifique de longueurs d'onde qu'il absorbe à partir de la lumière visible, qui est le spectre d'absorption. Le graphique de la figure 8.13 montre les spectres d'absorption de la chlorophylle une, chlorophylle b, et un type de pigment caroténoïde appelé β-carotène (qui absorbe la lumière bleue et verte). Remarquez comment chaque pigment a un ensemble distinct de pics et de creux, révélant un modèle d'absorption très spécifique. Chlorophylle une absorbe les longueurs d'onde de chaque extrémité du spectre visible (bleu et rouge), mais pas le vert. Parce que le vert est réfléchi ou transmis, la chlorophylle apparaît verte. Les caroténoïdes absorbent dans la région bleue à courte longueur d'onde et réfléchissent les longueurs d'onde jaune, rouge et orange plus longues.

De nombreux organismes photosynthétiques ont un mélange de pigments qui les utilisent, l'organisme peut absorber l'énergie d'une plus large gamme de longueurs d'onde. Tous les organismes photosynthétiques n'ont pas pleinement accès à la lumière du soleil. Certains organismes se développent sous l'eau où l'intensité et la qualité de la lumière diminuent et changent avec la profondeur. D'autres organismes se développent en compétition pour la lumière. Les plantes sur le sol de la forêt tropicale doivent être capables d'absorber tout peu de lumière qui passe, car les arbres les plus grands absorbent la majeure partie de la lumière du soleil et diffusent le rayonnement solaire restant (Figure 8.14).

Lorsqu'ils étudient un organisme photosynthétique, les scientifiques peuvent déterminer les types de pigments présents en générant des spectres d'absorption. Un instrument appelé spectrophotomètre peut différencier les longueurs d'onde de la lumière qu'une substance peut absorber. Les spectrophotomètres mesurent la lumière transmise et en calculent l'absorption. En extrayant les pigments des feuilles et en plaçant ces échantillons dans un spectrophotomètre, les scientifiques peuvent identifier les longueurs d'onde de la lumière qu'un organisme peut absorber. Des méthodes supplémentaires pour l'identification des pigments végétaux comprennent divers types de chromatographie qui séparent les pigments par leurs affinités relatives aux phases solides et mobiles.

Comment fonctionnent les réactions dépendantes de la lumière

La fonction globale des réactions dépendantes de la lumière est de convertir l'énergie solaire en énergie chimique sous forme de NADPH et d'ATP. Cette énergie chimique soutient les réactions indépendantes de la lumière et alimente l'assemblage des molécules de sucre. Les réactions dépendantes de la lumière sont représentées sur la figure 8.15. Les complexes protéiques et les molécules de pigment travaillent ensemble pour produire du NADPH et de l'ATP.

L'étape réelle qui convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique a lieu dans un complexe multiprotéique appelé photosystème , dont deux types se trouvent intégrés dans la membrane thylacoïdienne, le photosystème II (PSII) et le photosystème I (PSI) (Figure 8.16). Les deux complexes diffèrent sur la base de ce qu'ils oxydent (c'est-à-dire la source de l'apport d'électrons de basse énergie) et de ce qu'ils réduisent (l'endroit où ils livrent leurs électrons sous tension).

Les deux photosystèmes ont la même structure de base, un certain nombre de protéines d'antenne auxquelles les molécules de chlorophylle sont liées entourent le centre de réaction où se déroule la photochimie. Chaque photosystème est alimenté par le complexe de collecte de lumière, qui transmet l'énergie de la lumière du soleil au centre de réaction. Il se compose de plusieurs protéines d'antenne contenant un mélange de 300 à 400 chlorophylle. une et b molécules ainsi que d'autres pigments comme les caroténoïdes. L'absorption d'un seul photon ou d'une quantité distincte ou « paquet » de lumière par l'une des chlorophylles pousse cette molécule dans un état excité. En bref, l'énergie lumineuse a maintenant été capturée par des molécules biologiques mais n'est pas encore stockée sous une forme utile. L'énergie est transférée de la chlorophylle à la chlorophylle jusqu'à ce que finalement (après environ un millionième de seconde), elle soit livrée au centre de réaction. Jusqu'à présent, seule l'énergie a été transférée entre les molécules, pas les électrons.

Connexion visuelle

Quelle est la source initiale d'électrons pour la chaîne de transport d'électrons du chloroplaste ?

Le centre de réaction contient une paire de chlorophylle une molécules possédant une propriété particulière. Ces deux chlorophylles peuvent subir une oxydation lors de l'excitation, elles peuvent en fait céder un électron dans un processus appelé photoacte. C'est à cette étape du centre réactionnel, cette étape de la photosynthèse, que l'énergie lumineuse est convertie en un électron excité. Toutes les étapes suivantes impliquent d'amener cet électron sur le transporteur d'énergie NADPH pour le livrer au cycle de Calvin où l'électron est déposé sur le carbone pour un stockage à long terme sous la forme d'un glucide. Le PSII et le PSI sont deux composants majeurs de l'électron photosynthétique. chaîne de transport , qui comprend également le complexe cytochrome . Le complexe cytochrome, une enzyme composée de deux complexes protéiques, transfère les électrons de la molécule porteuse plastoquinone (Pq) à la protéine plastocyanine (Pc), permettant ainsi à la fois le transfert de protons à travers la membrane thylacoïdienne et le transfert d'électrons de PSII vers PSI.

Le centre de réaction du PSII (appelé P680 ) délivre ses électrons de haute énergie, un à la fois, à l'accepteur d'électrons primaire et à travers la chaîne de transport d'électrons (Pq au complexe cytochrome à la plastocyanine) au PSI. L'électron manquant de P680 est remplacé par l'extraction d'un électron de faible énergie de l'eau. Ainsi, l'eau est divisée et le PSII est ré-réduit après chaque photoact. Diviser un H2La molécule O libère deux électrons, deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Le fractionnement de deux molécules est nécessaire pour former une molécule d'O diatomique2 gaz. Environ 10 pour cent de l'oxygène est utilisé par les mitochondries de la feuille pour soutenir la phosphorylation oxydative. Le reste s'échappe dans l'atmosphère où il est utilisé par les organismes aérobies pour soutenir la respiration.

Lorsque les électrons se déplacent à travers les protéines situées entre le PSII et le PSI, ils perdent de l'énergie. Cette énergie est utilisée pour déplacer les atomes d'hydrogène du côté stromal de la membrane vers la lumière thylakoïde. Ces atomes d'hydrogène, ainsi que ceux produits par la division de l'eau, s'accumulent dans la lumière thylakoïde et seront utilisés pour synthétiser l'ATP dans une étape ultérieure. Parce que les électrons ont perdu de l'énergie avant leur arrivée au PSI, ils doivent être réactivés par le PSI, par conséquent, un autre photon est absorbé par l'antenne du PSI. Cette énergie est relayée au centre de réaction du PSI (appelé P700 ). P700 est oxydé et envoie un électron de haute énergie au NADP + pour former le NADPH. Ainsi, le PSII capte l'énergie pour créer des gradients de protons pour produire de l'ATP, et le PSI capte l'énergie pour réduire le NADP + en NADPH. Les deux photosystèmes fonctionnent de concert, en partie, pour garantir que la production de NADPH sera à peu près égale à la production d'ATP. D'autres mécanismes existent pour affiner ce rapport afin qu'il corresponde exactement aux besoins énergétiques en constante évolution du chloroplaste.

Générer un vecteur d'énergie : ATP

Comme dans l'espace intermembranaire des mitochondries pendant la respiration cellulaire, l'accumulation d'ions hydrogène à l'intérieur de la lumière thylakoïde crée un gradient de concentration. La diffusion passive des ions hydrogène d'une concentration élevée (dans la lumière thylakoïde) à une faible concentration (dans le stroma) est exploitée pour créer de l'ATP, tout comme dans la chaîne de transport d'électrons de la respiration cellulaire. Les ions accumulent de l'énergie à cause de la diffusion et parce qu'ils ont tous la même charge électrique, se repoussant les uns les autres.

Pour libérer cette énergie, les ions hydrogène se précipiteront à travers n'importe quelle ouverture, comme de l'eau projetée à travers un trou dans un barrage. Dans le thylakoïde, cette ouverture est un passage à travers un canal protéique spécialisé appelé ATP synthase. L'énergie libérée par le flux d'ions hydrogène permet à l'ATP synthase d'attacher un troisième groupe phosphate à l'ADP, qui forme une molécule d'ATP (Figure 8.16). Le flux d'ions hydrogène à travers l'ATP synthase est appelé chimiosmose car les ions se déplacent d'une zone de forte concentration à une zone de faible concentration à travers une structure semi-perméable.


Faits saillants de la recherche antérieure

Les organismes photosynthétiques utilisent plusieurs stratégies pour faire face aux grandes différences d'intensité du flux solaire en fonction des changements saisonniers, de l'heure de la journée et des conditions météorologiques. Avec trop de lumière, l'appareil photosynthétique produit des espèces radicalaires nuisibles, tandis que pas assez de lumière laisse l'organisme affamé d'énergie chimique et ralentit la croissance. La photosynthèse à très faible flux lumineux est particulièrement difficile, car le mécanisme d'adaptation habituel - augmenter le rapport antenne pigmentaire/centre de réaction en synthétisant plus de pigments d'antenne ou de complexes protéiques - nécessite plus d'énergie chimique à dépenser, pas moins. Ce paradoxe a été résolu chez certaines cyanobactéries qui ont développé une stratégie alternative. Dans des conditions de faible luminosité, de nombreuses cyanobactéries utilisent une version standard de la sous-unité protéique du centre de réaction D1 (D1:1) du photosystème II (PSII), le complexe qui utilise la lumière du soleil pour convertir l'énergie solaire en énergie chimique en fabriquant son propre carburant. Il le fait en transférant des atomes d'hydrogène de l'eau aux molécules de plastoquinone, tout en produisant un gradient de protons (une forme d'énergie stockée) et de l'oxygène comme sous-produit. Cependant, lorsque les cellules sont exposées à un stress tel qu'une intensité lumineuse même modérée, une isoforme D1 plus robuste (D1:2) est produite et préférentiellement incorporée dans PSII. D1:2 protège la cellule des conséquences d'un flux lumineux élevé : à la fois des dommages radicaux et une photochimie aberrante. L'isoforme D1:2 est si utile que les phototrophes eucaryotes (toutes les algues et les plantes supérieures sur terre) ne contiennent que cette version dans leur génome. À faible luminosité, ils doivent détourner des ressources pour augmenter la taille relative de leur antenne, ce qui peut entraîner leur survie, mais ralentit gravement la croissance.

Pourquoi alors les cyanobactéries ont-elles maintenu l'isoforme D1:1 apparemment inférieure au cours de milliards d'années d'évolution et, tout aussi énigmatique, pourquoi est-ce la version dominante exprimée dans des conditions de lumière normales ? Dans un article récent du Journal of Biological Chemistry, des chercheurs de l'Université Rutgers et de l'Université de Californie à San Diego ont montré que le D1:1-PSII n'est pas seulement plus efficace pour convertir l'énergie solaire en énergie chimique à de très faibles intensités lumineuses par rapport au D1. :2-PSII, mais grandit aussi plus vite. Leurs recherches montrent que D1:1-PSII prolonge la durée de vie des intermédiaires chimiques transitoires qui forment l'état de charge séparée dans le centre de réaction, la première « batterie électrique » de la photosynthèse. Les auteurs montrent que les cellules d'algues transgéniques contenant uniquement la cyanobactérie D1:1-PSII accumulent plus de biomasse que les cellules contenant uniquement la cyanobactérie D1:2-PSII ou l'isoforme native de l'algue D1, à très faible flux lumineux incident ou dans des cultures denses où les cellules s'auto-ombragent. . Cette découverte répond non seulement à une question importante dans l'évolution de la photosynthèse, mais peut ouvrir la porte à des applications dans la croissance commerciale de biocarburants à haute densité et de cultures agronomiques.

Publication:
Vinyard, D. J., Gimpel, J., Ananyev, G. M., Cornejo, M. A., Golden, S. S., Mayfield, S. P. et G. C. Dismukes, « Les variantes naturelles de la sous-unité D1 du photosystème II ajustent l'aptitude photochimique à l'intensité solaire. Journal of Biological Chemistry, 2013, 288 (8) : 5451-5462.

Les membres du groupe:
Visitez le site Web de G. Charles Dismukes pour obtenir des informations sur les membres du groupe.


Les effets de l'intensité lumineuse et de la longueur d'onde sur le taux de photosynthèse

Dans cette simulation, vous manipulerez deux variables : l'intensité lumineuse et la longueur d'onde de la lumière. La quantité d'ATP produite changera en fonction des paramètres définis. Allez à "Johnson Explorations: Photosynthèse" situé à http://www.mhhe.com/biosci/genbio/biolink/j_explorations/ch09expl.htm .

Procédure: Votre tâche consiste à utiliser la simulation pour déterminer comment la longueur d'onde et l'intensité affectent le taux de photosynthèse (et la production d'ATP). Gardez à l'esprit que vous avez affaire à deux variables, donc afin de déterminer de manière absolue comment chaque facteur affecte la photosynthèse, vous devez garder une variable constante tout en manipulant l'autre variable.

Le rapport de laboratoire doit contenir les sections dactylographiées suivantes.

1. Introduction : Décrivez brièvement les réactions dépendantes de la lumière et proposez une hypothèse pour répondre à la question expérimentale.

2. Données : Incluez des tableaux de données pour la simulation. Les tableaux doivent montrer clairement les tendances résultant des changements d'intensité et des changements de longueur d'onde. Plusieurs tableaux de données seraient probablement les meilleurs ici. Dans Microsoft Word, utilisez la fonction "table" pour organiser vos données.

3. Un graphique montrant comment le pourcentage d'ATP a changé (axe Y) en raison des changements de longueur d'onde et d'intensité (axe X). Deux graphiques seraient les meilleurs ici. Vous pouvez utiliser Créer un graphique pour créer vos graphiques, ou utiliser une feuille de calcul ou un programme graphique de votre choix.

3. Conclusion : Utilisez vos données pour répondre à la question expérimentale. Répondez clairement comment la longueur d'onde de la lumière affecte la réaction et comment l'intensité lumineuse affecte les réactions. Offrir une explication des résultats, en tenant compte des principes de la photosynthèse et de la réaction lumineuse.


Effet de l'intensité lumineuse sur la photosynthèse

Un article scientifique soumis en réponse partielle aux exigences du laboratoire Botanique 1 sous la direction de Mme Ivy Amor F. Lambio, 2 ème semestre, 2015-2016.

Cette étude a été menée pour connaître l'effet de différentes intensités lumineuses sur le taux de photosynthèse d'une plante Hydrilla. Le taux de photosynthèse de la plante a été déterminé en utilisant la méthode de comptage de bulles. La bulle est l'oxygène produit pendant le processus. L'installation a été placée dans trois zones avec des intensités lumineuses différentes, avec une lumière plus sombre, une lumière faible et une lumière forte. Le nombre de bulles observées dans le contrôle est inférieur aux bulles observées en basse lumière. De plus, les bulles en basse lumière sont moins nombreuses que celles en forte lumière. Ainsi, plus l'intensité lumineuse est élevée, plus le taux de photosynthèse d'une plante Hydrilla est élevé.

La photosynthèse est l'un des deux processus physiologiques des plantes qui se produisent principalement dans les feuilles (Zafaralla, 2007). C'est le processus par lequel l'énergie solaire est convertie en énergie chimique. Selon Merriam-Webster (2016), « la photosynthèse est la synthèse de composés chimiques à l'aide de l'énergie rayonnante et en particulier de la lumière ». La photosynthèse implique deux séries de réactions, les réactions lumineuses où les molécules de chlorophylle absorbent l'énergie solaire pour dynamiser les électrons utilisés dans la production d'ATP (Roes, 1991). La seconde est la réaction du cycle de Calvin où le CO2 est absorbé et réduit en un glucide pouvant être converti en glucose, de l'ATP et du NADPH à partir de réactions lumineuses sont également nécessaires. Par conséquent, la lumière est en fait l'un des facteurs essentiels dans le processus de photosynthèse.

L'intensité lumineuse est la vitesse à laquelle la lumière se propage sur une surface d'une zone donnée. La lumière est l'un des facteurs externes qui affectent le taux de photosynthèse.

Le taux de photosynthèse est directement proportionnel à l'intensité lumineuse (Kent, 2000).

Dans cette expérience, des brins d'Hydrilla, un bécher, un tube à essai, un entonnoir, de l'eau, une boîte et une source lumineuse sont nécessaires. Les brins d'Hydrilla ont été placés dans un grand entonnoir en verre de telle sorte que leurs extrémités fraîchement coupées soient dirigées vers la tige de l'entonnoir. L'entonnoir a été inversé dans un bécher de 500 ml rempli aux 3/4 d'eau. Le tube à essai a été rempli d'eau et a été soigneusement renversé sur la tige de l'entonnoir. [photo 1]

Planche 8a . Une installation pour démontrer la photosynthèse par la méthode de comptage de bulles

Cette configuration a été observée dans des conditions d'éclairage de la pièce ordinaire (faible intensité lumineuse). L'oxygène dégagé par les brins de photosynthèse apparaît sous forme de bulles. Une estimation relative du processus de photosynthèse a été faite en comptant le nombre de bulles sortant de l'entonnoir régulièrement par minute. Ensuite, l'installation a été éclairée avec une lumière forte (intensité lumineuse élevée). Et enfin, la lumière a été éteinte puis l'installation a été transférée dans une partie plus sombre de la pièce (à l'intérieur d'une boîte). Des observations ont été faites et enregistrées.

Tableau 8a. Le nombre de bulles d'oxygène par minute dégagées par la photosynthèse des brins d'Hydrilla dans des intensités lumineuses élevées et faibles


Photosynthèse

La photosynthèse est le processus par lequel les plantes utilisent la lumière du soleil, l'eau et le dioxyde de carbone pour créer de l'oxygène et de l'énergie sous forme de sucre.

Feuilles d'arbres vertes

Les feuilles de la plante sont vertes car cette couleur est la partie de la lumière du soleil réfléchie par un pigment dans les feuilles appelé chlorophylle.

Photographie avec l'aimable autorisation de Shutterstock

La plupart de la vie sur Terre dépend de la photosynthèse. Le processus est effectué par les plantes, les algues et certains types de bactéries, qui captent l'énergie de la lumière du soleil pour produire de l'oxygène (O2) et l'énergie chimique stockée dans le glucose (un sucre). Les herbivores obtiennent ensuite cette énergie en mangeant des plantes, et les carnivores l'obtiennent en mangeant des herbivores.

Le processus

Au cours de la photosynthèse, les plantes absorbent du dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau (H2O) de l'air et du sol. Dans la cellule végétale, l'eau est oxydée, ce qui signifie qu'elle perd des électrons, tandis que le dioxyde de carbone est réduit, ce qui signifie qu'elle gagne des électrons. Cela transforme l'eau en oxygène et le dioxyde de carbone en glucose. La plante libère ensuite l'oxygène dans l'air et stocke de l'énergie dans les molécules de glucose.

À l'intérieur de la cellule végétale se trouvent de petits organites appelés chloroplastes, qui stockent l'énergie de la lumière du soleil. Dans les membranes thylakoïdes du chloroplaste se trouve un pigment absorbant la lumière appelé chlorophylle, qui est responsable de la couleur verte de la plante. Pendant la photosynthèse, la chlorophylle absorbe l'énergie des ondes de lumière bleue et rouge et réfléchit les ondes de lumière verte, faisant apparaître la plante verte.

Réactions dépendantes de la lumière vs réactions indépendantes de la lumière

Bien qu'il y ait de nombreuses étapes derrière le processus de photosynthèse, il peut être décomposé en deux étapes principales : les réactions dépendantes de la lumière et les réactions indépendantes de la lumière. La réaction dépendante de la lumière a lieu dans la membrane thylacoïdienne et nécessite un flux constant de lumière solaire, d'où le nom de lumière-dépendant réaction. La chlorophylle absorbe l'énergie des ondes lumineuses, qui est convertie en énergie chimique sous la forme des molécules ATP et NADPH. L'étape indépendante de la lumière, également connue sous le nom de cycle de Calvin, a lieu dans le stroma, l'espace entre les membranes thylakoïdes et les membranes chloroplastiques, et ne nécessite pas de lumière, d'où le nom de lumière-indépendant réaction. Au cours de cette étape, l'énergie des molécules d'ATP et de NADPH est utilisée pour assembler des molécules de glucides, comme le glucose, à partir de dioxyde de carbone.

Cependant, toutes les formes de photosynthèse ne sont pas égales. Il existe différents types de photosynthèse, dont la photosynthèse C3 et la photosynthèse C4. La photosynthèse C3 est utilisée par la majorité des plantes.Il s'agit de produire un composé à trois carbones appelé acide 3-phosphoglycérique pendant le cycle de Calvin, qui se transforme en glucose. La photosynthèse en C4, quant à elle, produit un composé intermédiaire à quatre carbones, qui se divise en dioxyde de carbone et en un composé à trois carbones au cours du cycle de Calvin. Un avantage de la photosynthèse C4 est qu'en produisant des niveaux plus élevés de carbone, elle permet aux plantes de prospérer dans des environnements sans beaucoup de lumière ou d'eau.

Les feuilles de la plante sont vertes car cette couleur est la partie de la lumière du soleil réfléchie par un pigment dans les feuilles appelé chlorophylle.