Etudes polarographiques

La photosynthèse n'est pas un phénomène de "tout ou rien". Son intensité dépend des facteurs externes. La température joue un rôle important, mais ce n'est pas particulier à la photosynthèse car elle agit sur tous les phénomènes métaboliques.

Par contre, l'éclairement et la concentration en dioxyde de carbone, qui sont les acteurs de la réaction photosynthétique, jouent un rôle important et spécifique que l'on peut quantifier.

Un système de mesure très utilisé est constitué par les mesures polarographiques, utilisant une électrode à oxygène (oxygraphe).

1. La photosynthèse nette et la photosynthèse brute

Cette expérience est réalisée par polarographie. La cuve de l'oxygraphe est remplie de chlorelles, algues vertes unicellulaires, ou de fragments de feuilles d'élodée en présence d'hygrogénocarbonate de sodium (source de carbone). La concentration en dioxygène est enregistrée au cours une séquence obscurité/lumière/obscurité.

Fig. 01

Pendant les périodes obscures, la concentration en dioxygène diminue : cette consommation en dioxygène est due à la respiration des cellules.

Pendant la période lumineuse, la concentration en dioxygène augmente : cette production de dioxygène est due à la photosynthèse.

En fait, pendant la période lumineuse, la respiration et la photosynthèse se déroulent simultanément. La production de dioxygène correspond à la photosynthèse nette, résultat de la différence entre la photosynthèse brute et la respiration.

Photosynthèse brute (PB) = dioxygène produit par la photosynthèse

Respiration (R) = dioxygène consommé par la respiration

Photosynthèse nette (PN) = dioxygène produit réellement

PN = PB - valeur absolue R

La photosynthèse nette est le plus souvent positive (PB >> R)

Dans le cas de faibles intensités lumineuses elle peut être nulle (PB = R) ou même négative (PB < R)

Lorsqu'elle est nulle (PB = R donc PN = PB - R = 0) , on parle de point de compensation.

2. Le rôle de l'éclairement

Cette expérience est effectuée en présence d'une quantité de optimum. Après une période d'obscurité, le matériel est éclairé avec une intensité lumineuse donnée. L'expérience est répétée plusieurs fois avec des intensités lumineuses variées.

Si l'on mesure la pente de la courbe, c'est à dire la vitesse de production d'oxygène, et que l'on reporte ces valeurs en fonction de l'intensité lumineuse, on constate que la photosynthèse dépend de la lumière (facteur limitant).

Il existe un minimum (point de compensation pour lequel la photosynthèse nette est nulle, car compensée par la respiration) et un maximum, au délà duquel une augmentation de lumière n'a plus d'effet.

Faites varier l'intensité lumineuse et voyez le résultat (production de dioxygène par des feuilles d'élodée du canada).

3. L'importance du dioxyde de carbone

Cette expérience est réalisée par polarographie. La cuve de l'oxygraphe est remplie de chlorelles, algues vertes unicellulaires, ou de fragments de feuilles d'élodée. Réalisons une séquence obscurité/lumière/obscurité dans un milieu sans , par exemple dans de l'eau distillée.

Fig. 02
Fig. 02

En absence de dioxyde de carbone : pas de production de dioxygène à la lumière ; dans ces conditions, la photosynthèse brute compense la respiration. La photosynthèse nette est donc nulle.

Pendant la période d'obscurité, la concentration en dioxygène diminue (consommation de dioxygène due à la respiration) et pendant la période lumineuse, la concentration reste stable. Il n'y a pas de production nette de dioxygène en absence de , même sous un éclairage optimal.

Sans source de carbone, la photosynthèse dépend essentiellement de la production de par la respiration. La photosynthèse brute est alors égale (ou inférieure) à la respiration (en valeur absolue). La photosynthèse nette est donc nulle.

Il suffit d'ajouter une goutte d'hydrogénocarbonate à la solution d'incubation pendant la période d'éclairement pour observer une production intense de dioxygène.

Fig. 03
Fig. 03

En absence de dioxyde de carbone la photosynthèse nette est nulle, il suffit de rajouter du dioxyde de carbone pour que la production de dioxygène se réalise immédiatement.

Conclusion : La production de dioxygène à la lumière ne peut se réaliser qu'en présence de dioxyde de carbone.

Légende :
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S'exercer
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