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    Les plantes vert clair économisent l'azote sans sacrifier l'efficacité photosynthétique

    Les scientifiques ont conçu des plantes avec des feuilles vert clair pour permettre à plus de lumière de pénétrer dans la canopée des cultures afin d'augmenter la photosynthèse et le rendement; cependant, les modèles montrent que ces plantes ont probablement besoin de moins d'azote et que la photosynthèse est à peine affectée. Crédit :Claire Benjamin/Université de l'Illinois

    Les feuilles supérieures des cultures absorbent beaucoup plus de lumière qu'elles ne peuvent en utiliser, feuilles inférieures affamées de lumière. Les scientifiques ont conçu des plantes avec des feuilles vert clair dans l'espoir de permettre à plus de lumière de pénétrer dans le couvert végétal et d'augmenter l'efficacité globale de l'utilisation de la lumière et le rendement. Cette stratégie a été testée dans une étude de modélisation récente qui a révélé que les feuilles à teneur réduite en chlorophylle n'amélioraient pas réellement la photosynthèse au niveau de la canopée, mais plutôt, conserver une quantité importante d'azote que la plante pourrait être en mesure de réinvestir pour améliorer l'efficacité d'utilisation de la lumière et augmenter le rendement.

    "Les feuilles au sommet de la canopée sont vraiment gourmandes - elles absorbent beaucoup de lumière et ne laissent pas grand-chose à leurs frères et sœurs en dessous d'eux, " a déclaré Berkley Walker, un boursier postdoctoral Alexander von Humboldt à l'Université de Düsseldorf, qui a dirigé ce travail soutenu par la réalisation de l'efficacité photosynthétique accrue (RIPE). "Les feuilles en haut ne sont pas très efficaces avec cette énergie lumineuse, mais les feuilles du bas sont très efficaces. Donc, si vous pouviez juste prendre un peu de cette lumière qui est englouti au sommet, et déplacez-le plus profondément dans la canopée, théoriquement, vous auriez une verrière plus efficace.

    Publié dans Physiologie végétale , les chercheurs ont testé cette idée à l'aide d'une simulation informatique incorporant les données de près de 70 variétés de soja avec différents niveaux de chlorophylle de la banque de matériel génétique du département de l'Agriculture des États-Unis. Ils ont découvert que les plantes avec 20 pour cent de chlorophylle en moins nécessitent théoriquement 9 pour cent d'azote en moins sans pénaliser le gain de carbone (biomasse) et le rendement.

    "La simulation révèle que la structure intérieure complexe des feuilles fait que la lumière rebondit tellement que la lumière a la même probabilité de monter que de descendre, " a déclaré le directeur adjoint du RIPE, Don Ort, un physiologiste de l'unité de recherche sur la photosynthèse USDA/ARS et le professeur Robert Emerson de biologie végétale et de sciences des cultures à l'Institut Carl R. Woese de biologie génomique de l'Université de l'Illinois. "Quand on diminue la chlorophylle, plus de lumière est perdue par réflexion, et nous n'obtenons pas tous les avantages de faire pénétrer la lumière plus profondément dans la canopée, où elle peut être absorbée."

    Berkley Walker, un boursier postdoctoral Alexander von Humboldt à l'Université de Düsseldorf, dirigé ce travail soutenu par la réalisation de l'efficacité photosynthétique accrue (RIPE). Crédit :Jochen Müller

    Prochain, ils étudient si ces économies d'azote pourraient être utilisées pour corriger d'autres goulots d'étranglement photosynthétiques ainsi que d'autres moyens d'augmenter la pénétration de la lumière dans la canopée.

    "Ce n'est pas une affaire close sur les plantes vert clair, mais la stratégie va être un peu plus nuancée que de simplement mettre des plantes à faible teneur en chlorophylle, ", a déclaré Walker. "Nous devons explorer si le vert clair peut être combiné à des changements dans l'architecture des feuilles ou si nous pouvons repenser les feuilles pour qu'elles soient plus minces afin de réduire la réflectance de la lumière et d'améliorer la transmission."

    D'autres travaux financés par le RIPE qui ont modélisé une diminution de la teneur en chlorophylle du riz ont révélé que la réaffectation de ces économies d'azote pourrait améliorer la photosynthèse de la canopée et l'efficacité d'utilisation de l'azote de 30 pour cent. Selon le collaborateur Xinguang Zhu de l'Académie chinoise des sciences, « La manipulation de la teneur en chlorophylle des feuilles est une option intéressante pour explorer à la fois l'efficacité énergétique et l'utilisation de la lumière. Cette étude montre que l'obtention du bénéfice souhaité nécessite une compréhension plus approfondie des propriétés optiques des feuilles et des schémas de distribution de l'azote parmi les protéines photosynthétiques d'une feuille. »


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