Le Stress Lumineux chez le Tournesol

<note>https://www.nasa.gov/topics/solarsystem/features/uv-exposure.html </note> Les plantes furent longtemps sous estimées par rapport aux autres espèces vivantes. En effet le règne végétal était considéré comme le plus bas des niveaux des êtres vivants car évalué comme étant seulement capable de vivre (se nourrir et se reproduire).(ref: Stefano Mancuso “the roots of plant intelligence” (TED Talks, juillet 2010) Biodiversite-vegetale-et-climat)

Il faudra attendre Darwin et ses successeurs pour rectifier cette idée transmise par Aristote. Même si de nos jours, cette idée persiste dans notre façon de nous exprimée par exemple (« état végétatif » pour parler de mort cérébrale) les sciences ont fait un énorme travail de recherche qui ont démontré la sophistication de ces êtres et leurs importance dans notre vie. (ref:sciences et avenirDe Anima,416b20)

La biologie végétale est une des principales branches de la biologie qui étudie ces espèces. Elle possède un impact énorme sur les autres sciences comme la médecine ou la chimie ou encore dans d’autres domaines d’activité. Loin d’être terminée, la recherche dans ce domaine se retrouve être capital aujourd’hui. De ce fait, elle inclut de nombreux enjeux majeurs qui sont : la biodiversité végétale, la société de consommation et enfin le progrès.

La biodiversité végétale montre que les plantes sont au cœur des écosystèmes. En effet, étant pour la plupart des êtres autotrophes elles produisent une grande partie de l’O2 respiré et sont ainsi à la base du réseau d’interaction des êtres vivants. De plus, les plantes synthétisent diverses molécules indispensables a l’Homme (vitamine, caféine…). C’est pourquoi, les plantes sont énormément étudiées en pharmacologie comme par Pierre Potier pharmacien et chimiste français qui développa le docétaxel, issu de l'if européen un anti-cancéreux énormément utilisé.(ref:Pascal Combemorel, La biodiversité végétale, Planet-Vie, Jeudi 17 novembre 2016,CNRS: Pierre Potier

Les plantes ont un autre rôle, plus primaire mais tout aussi important et qui devient un défi aujourd’hui : nourrir la planète. Il y a ce que l’on peut appeler comme une co-évolution entre les animaux dont l’Homme et les plantes même si comme le dit Francis Hallé « Sans animaux les plantes proliféreraient, sans plantes les animaux périraient ». Sauf qu’aujourd’hui on constate une population mondiale en constante augmentation mais une diminution des terres agricoles fertiles du à l'agriculture intensive. (ref:FAO)

Pour finir, on prévoit de nouveaux rôles pour les plantes. L’agriculture doit avoir comme objectif la production de biocarburant. (ref:biocarburant,biocarburant

• *C’est dans cette optique que nous avons décidé de nous intéresser à cet élément de base de notre alimentation qu’est le tournesol. Nous avons choisi de l’étudier dans un environnement de stress lumineux pour évaluer les conséquences globales du changement climatique et de la détérioration de la couche d'ozone dans l'agriculture de demain. === Le Tournesol === == Histoire == Le tournesol fait partie des trésors découverts lors des grands voyages du 15 et 16 eme siècles. En effet, le tournesol était cultivé par les Amérindiens (2500 av JC) bien avant d’être introduit en Europe, plus particulièrement en Russie. De nos jour, le tournesol est cultivé un peu partout vu ces aspects agroalimentaires intéressants == Présentation == Le tournesol est mot emprunté à l'italien tornasole qui exprime son caractère heliotropique.(ref:http://www.technobio.fr/article-l-auxine-une-phytohormone-pas-comme-les-autres-111086317.html) Il fait partie du règne des plantes, de la division des angiosperme, de la classe des dicotylédones, de la famille des Asteraceas et enfin du genre des helianthus. D’où sont nom scientifique : «Helianthus annuus ». (ref:http://tice.agroparistech.fr/coursenligne/courses/PHYTOTECHNIE/document/phytotechnie/pdf/tournesol.pdf)

  Ce sont des grandes plantes annuelles qui peuvent atteindre 2m de haut. Un tournesol mature est composé de capitule qui contient:

  - fleurs ligulées

  - fleurs tubulées

  Apres pollinisation le tournesol,produit un akène (fruit sec à une seule graine), qui est improprement appelé « graine ». Cet akène est constitué d’une amande et d’un péricarpe. La maturation de l’akene se fait grace à une periode de lipidogenèse durant laquelle se forment les corps gras.

  Les graines permettent de produire le l’huile: l’huile de tournesol. Cette huile est très populaire car elle possède peu d’acide gras saturés et beaucoup d'acides gras mono ou poly-insaturés : acide oléique, acide palmitique, acide linoléique. Elle est donc bonne pour la santé.

  En outre, les « graines » sont aussi utilisées comme telles pour l’alimentation humaine et animale.

  Le tournesol se sème tôt des le printemps. Il possède un cycle végétatif de 120 à 160 jours environ . (ref:GNIS)

  Le tournesol est peu exigeant. C’est une culture assez simple et économique qui nécessite peu d’eau, presque pas d’apport d’engrai particulier et qui est plutôt résistant aux maladies.(ref:infos sur le tournesol)

  On utilise les tourteaux pour l’alimentation des bovins. Par conséquent, le tournesol démontre largement sa valeur économique (l'huile de tournesol est la 4 ème huile du marché en nette augmentation avec un chiffre de +de 9%) ainsi que son intérêt diététique (contrairement à l'huile de palme qui fait polémique) qui séduit énormément de chercheurs et d'investisseurs.(ref:FAO, infos sur le tournesol, GNIS,marché mondial infos) === Stress === Il faut tout d'abord définir le terme stress. En physique le stress c'est : la déformation que subit de la matiere sans conséquence irréversible En biologie nous allons utiliser la définition de Levitt: Tout changements des conditions environnementales qui peuvent réduire ou dégrader la croissance et le développement d'une plante. Maintenant définissons la lumière. La lumière est à la fois, d’après la théorie de la dualité onde corpuscule, une onde électromagnétique et des photons. Elle représente un facteur écologique essentiel puisqu'elle constitue la source du flux d’énergie dans un écosystème. Elle peut se diviser en deux composantes: son intensité qui contrôle l'activité photosynthétique et donc produit de la biomasse et sa durée qui induit la croissance, la floraison, la maturation … Notre principale source de lumière est le Soleil. La lumière est un élément indispensable à la vie. En effet , les radiations lumineuses sont responsables des températures sur terre, des climats, des courant marins et des vents. (ref: Francois Ramade, Dictionnaire encyclopédique de l'ecologie et des sciences de l'environnement , Ediscience international, 1993) Le stress lumineux peut se représenter à grande échelle comme un déficit ou un excès de lumière. On peut citer comme exemple de déficit la situation des années 1961 a 1990 où la planète à subit ce que l’on a appelé « a global dimming » c'est-à-dire une baisse global des radiations solaire ressenties. Cela c’est traduit par une baisse des températures. Les scientifiques de l’époque ont démontré la responsabilité des Aérosols dans ce phénomène. Aerosols est un terme anglo-saxon qui désigne les particules de nitrate, sulfates et particules organiques de carbone. Ces derniers se condensent et forment des nuages à la surface de l’atmosphère qui augmente l’effet Albédo en dehors de la planète. Cela a pour conséquence indirect une diminution de l’évaporation et donc un chamboulement du cycle de l’eau dans le pire des cas. Mais ce phénomène n’est plus d’actualité de nos jours.(ref:Atmospheric Carbon Dioxide and Aerosols: Effects of Large Increases on Global, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS) Certes l’émission de particules fines continue (même si elle a assez diminué) mais elle reste insignifiante devant celle des gaz a effet de serre. Ces gaz ont pour conséquence un emprisonnement des radiations lumineuses et des flux d’énergies qui augmentent considérablement la température. Cela provoque un dessèchement des terres mais aussi la fonte des glaces qui modifie la direction des courants marins et donc le climat dans certaines régions. (ref:data) Enfin n’oublions pas que la lumière est un large spectre de longueur d’onde qui comprend aussi les UV. Avec la couche d’ozone qui s’affaiblit il est essentiel que les scientifiques se questionnent au sujet des différentes conséquences que l’exposition aux UV(100-400 nm) peut entraîner.(ref:UV) En plus de ces effets sur l’écosystème et l’environnement de la plante, une augmentation de l’intensité lumineuse peut entraîner une accélération de la maturation ainsi que des migrations des autres espèces comme les insectes parasites qui migreront alors plus tôt vers les sites d’agricultures. Pour conclure, les changements planétaires (disparition progressive de la couche d’ozone, population mondiale croissante…) obligent les hommes et les femmes à ce poser cette question : « Comment faire évoluer l’agriculture pour répondre aux nouveaux besoins et conditions de vie ? ». Pour cela il faut tout d’abord examiner les conséquences du stress lumineux sur chaque plantes. C’est ce que nous vous proposons d’entreprendre avec ce projet. ===== EXPÉRIENCE ===== Nous allons étudier 5 critères : * croissance “numérique”, c'est à dire la longueur * croissance “morphologique” liée à leurs déviation * poids (a la fin) * nombre de feuilles * concentration en chlorophylle Pour la 1ere experience Question Comment réagit la plante à une Intensité lumineuse spécifique ? PROTOCOLE

  <fc #f4a460>Materiels :</fc>

  • 5 plants de tournesols
  • lampe à intensité elevée
  • lampe a intensité normale

  • carte arduino UNO
  • photorésistance
  • résistance
  • câbles

  

  Enterrer les graines à 2 cm de profondeur, pas plus dans une terre fine. Arroser placer sous une lampe un plant. Faire de même pour l'autre lampe. —- Pour la 2eme experience: Question A quel point La plante est elle sensible aux UV ? Comment se matérialise cette sensibilité ? PROTOCOLE <fc #f4a460>Matériels:</fc> * 20 plants de Tournesols * lampe UV * boite UV * capteur oxygène

  La boite à UV sera peut être à faire

  Enterrer les graines à 2 cm de profondeur, pas plus dans une terre fine.

Arroser. Lorsque les plantes seront assez grande effectuer l'experience . Pour cela commencer par calculer la surface des plantes. Cela nous est nécessaire pour calculer le temps de radiation que nous ferons subir à nos plantes . La formule est : t= E/P

placer sous une lampe UV les plants pendant t sec. Pour la 3eme experience: Question Quel est l'insolation minimum ou le temps d'exposition critique pour la plante ?