Photopériodisme

Le photopériodisme chez les plantes

Les plantes réagissent à la lumière de différentes manières, notamment :

• Laphotomorphogenèse: la croissance et le développement des plantes en réponse à la lumière grâce auxquels les plantes peuvent tirer pleinement parti de la lumière et de l'espace disponibles.

• Phototropisme: la capacité des plantes à croître en direction ou à l'opposé de la direction de la lumière.

• Photopériodisme: la capacité des plantes à déterminer l'heure du jour et de l'année en détectant les longueurs d'onde de la lumière du soleil.

Définition de la photopériode

Comment les plantes déterminent-elles l'heure du jour et de l'année ? Un changement dans la durée du jour est l'indice environnemental qui indique à une plante à quelle période de l'année elle se trouve.

Comment fonctionne le photopériodisme ?

La capacité d'une plante à détecter la lumière dans son environnement est essentielle à sa compétitivité et à sa survie. Les plantes peuvent détecter les longueurs d'onde de la lumière bleue, rouge et rouge lointain et y répondre grâce à des photorécepteurs. Ces photorécepteurs sont constitués de chromoprotéines, chacune d'entre elles étant composée d'une protéine et d'un pigment absorbant la lumière appelé chromophore.

Les phytochromes sont des chromoprotéines qui détectent la lumière rouge et rouge lointain. Les phytochromes sont classés en deux types:

• Pr (phytochrome rouge) qui peut absorber la lumière rouge.

• Pfr (phytochrome rouge lointain) qui peut absorber la lumière rouge lointaine.

Lorsque Pr absorbe la lumière rouge, il se transforme en Pfr, et lorsque Pfr absorbe la lumière rouge lointaine, il se transforme à nouveau en Pr. L'absorption de la lumière rouge ou rouge lointain modifie la structure du chromophore, ce qui influence la conformation et l'activité de la protéine phytochrome à laquelle il est lié.

En termes simples, la lumière rouge déclenche l'activité du phytochrome tandis que la lumière rouge lointaine l'inhibe. Les deux types de phytochromes, connus collectivement sous le nom de système de phytochromes, fonctionnent comme un "interrupteur biologique".

Note que le plein soleil non filtré comprend beaucoup plus de lumière rouge que de lumière rouge lointaine. Cela signifie qu'à l'aube, les phytochromes d'une feuille se convertissent en Pfr actif et restent dans cet état jusqu'au crépuscule. Lorsqu'il n'y a plus de lumière solaire, le Pfr revient progressivement à la forme Pr. Ainsi, lorsque la nuit est longue, comme c'est le cas en hiver, la forme Pfr revient complètement. Si la nuit est courte, comme en été, il peut rester une quantité importante de Pfr au moment où le soleil se lève.

Une plante peut déterminer la durée du cycle jour/nuit en détectant le rapport Pr/Pfr à l'aube. De plus, en conservant cette information pendant plusieurs jours, une plante peut comparer la durée de la nuit précédente avec plusieurs autres nuits précédentes.

• Si elle détecte des nuits plus courtes, la plante détermine que le printemps approche.

• Si elle détecte des nuits plus longues, la plante détermine que l'automne approche.

La détection de la durée du jour ou de la nuit ainsi que de la température et de la disponibilité de l'eau permet aux plantes de déterminer la période de l'année et de modifier leur physiologie en conséquence.

Les réponses à la photopériode sont les suivantes :

• La floraison

• La germination des graines

• Dormance des bulbes

• Changement de couleur (dû à des pigments appelés anthocyanes) dans les feuilles.

Effet de la photopériode

Les plantes sont affectées par la durée du jour ou de la nuit de différentes manières. Nous parlerons ici des descripteurs que tu peux rencontrer en même temps que le photopériodisme : plantes à jours longs, à jours courts et à jours neutres.

Nous parlerons ensuite de la durée de la nuit et de l'approche plus utile pour comprendre le photopériodisme.

Plantes à jours courts

Les chercheurs ont commencé à comprendre comment les plantes détectent les saisons en observant une variété mutante de tabac appelée Maryland Mammoth qui poussait en hauteur mais n'était pas capable de produire des fleurs pendant l'été. Elle a finalement fleuri en décembre, mais dans des conditions contrôlées.

Quelles sont donc les conditions qui ont permis à cette variété de fleurir ? Les chercheurs ont expérimenté différentes variables, notamment la température, l'humidité et la nutrition minérale. Ils ont découvert que le Maryland Mammouth ne fleurissait que si la photopériode était inférieure à 14 heures.

Comme le Maryland Mammoth a besoin d'une photopériode plus courte que la durée critique pour fleurir, il est considéré comme une plante de jours courts. Les chrysanthèmes et certaines variétés de soja sont d'autres exemples de plantes à jours courts. Les plantes à jours courts ont tendance à fleurir à la fin de l'été, à l'automne ou en hiver, lorsque les jours sont plus courts.

Plantes à jours longs

Contrairement aux plantes à jours courts, les plantes à jours longs ne fleurissent que lorsque la photopériode est supérieure à la durée critique. Elles ont tendance à fleurir à la fin du printemps ou au début de l'été. Les radis et les iris sont des exemples de plantes à jours longs.

Plantes à jours neutres

Toutes les plantes n'utilisent pas le système des phytochromes de la manière mentionnée ci-dessus. Contrairement aux plantes à jours courts et à jours longs, les plantes à jours neutres ne sont pas affectées par la longueur du jour. Indépendamment de la photopériode, ces plantes fleurissent lorsqu'elles atteignent un certain niveau de maturité. Les tomates, le riz et les pissenlits sont des exemples de plantes à jour neutre.

Durée critique de la nuit

Les chercheurs pensaient que la quantité de lumière du jour reçue par une plante déterminait si elle produisait ou non des fleurs. Les expériences ont suggéré autre chose : il s'avère que la durée d'obscurité à laquelle une plante est exposée a un effet plus important que la durée du jour.

En observant des cockleburs - une plante à "jours courts" qui ne fleurit que lorsque la photopériode est inférieure à 16 heures (et que la durée de la nuit est d'au moins 8 heures) - les chercheurs ont découvert que la floraison est contrôlée par la durée de la nuit plutôt que par la durée du jour. Leurs observations peuvent être résumées comme suit :

• Si la durée du jour est interrompue par une brève exposition à l'obscurité, le pied de coq fleurira.

• Si la durée de la nuit est interrompue par une brève exposition à la lumière, la lampourde ne fleurira pas.

Ils ont noté que la lampourde ne réagit pas réellement à la durée du jour, mais plutôt à la durée de l'obscurité continue. La même chose a été observée chez d'autres plantes à jours courts.

Cela signifie que les plantes à jours courts peuvent être décrites plus précisément comme des plantes à nuits longues, tandis que les plantes à jours longs peuvent être décrites comme des plantes à nuits courtes. Il est à noter que les plantes à jours longs et à jours courts ne se distinguent pas par une longueur de nuit absolue. On les distingue plutôt en fonction de la durée maximale ou minimale de la nuit :

• Une plante à jours longs (ou à nuits courtes) a un nombre maximum d'heures d'obscurité.

  • La durée de la nuit ne peut pas dépasser un certain nombre d'heures.

• Une plante à jour court (ou à nuit longue) a un nombre minimum d'heures d'obscurité.

  • La durée de la nuit ne peut pas être inférieure à un certain nombre d'heures.

Bien qu'ils puissent être trompeurs, les termes "jour court" et "jour long" sont tout simplement mieux établis dans le monde de la botanique.

Importance du photopériodisme chez les plantes

Lephotopériodisme aide les plantes à détecter les changements saisonniers. C'est important car cela permet aux plantes de s'adapter à ces changements, augmentant ainsi leurs chances de survie et de reproduction.

Exemples de photopériodisme

Lafloraison saisonnière en réponse au changement de la durée du jour ou de la nuit aide les plantes à s'adapter à leur environnement local. Par exemple, certaines plantes fleurissent lorsque leurs pollinisateurs sont les plus actifs afin d'augmenter le succès de la reproduction.

Les plantes peuvent également se reproduire au printemps afin que leur progéniture ait suffisamment de temps pour se développer avant d'affronter les rudes conditions de l'hiver, ce qui augmente leur taux de survie.

Les plantes forestières au niveau du sol peuvent également fleurir au début du printemps afin de pouvoir terminer la production de graines avant que le couvert végétal n'émerge complètement et ne limite la lumière disponible.

Outre la floraison, les réponses des plantes à la photopériode comprennent également la dormance des bourgeons. Par exemple, lorsque certains arbres et certaines espèces de plantes vivaces des latitudes septentrionales détectent un raccourcissement de la longueur du jour, ils réagissent en induisant une résistance au froid et une dormance des bourgeons pour se préparer aux températures glaciales de l'hiver qui s'annoncent.

Les plantes du désert comme l'hépatique, en revanche, utilisent les jours plus longs comme un signal pour entrer en état de dormance afin d'avoir une meilleure chance de survie pendant les mois arides de l'été.