Photopériodisme - Photoperiodism

Le photopériodisme est la réaction physiologique des organismes à la durée de la nuit ou à une période d'obscurité. Il se produit dans les plantes , les animaux ainsi que la fructification. Le photopériodisme peut également être défini comme les réponses développementales des plantes aux durées relatives des périodes de lumière et d'obscurité. Elles sont classées en trois groupes selon les photopériodes : les plantes à jours courts, les plantes à jours longs et les plantes à jour neutre.

Les plantes

Pr se convertit en Pfr pendant la journée et Pfr revient lentement en Pr pendant la nuit. Lorsque les nuits sont courtes, une quantité excédentaire de Pfr reste pendant la journée et pendant les longues nuits, la majeure partie du Pfr est retournée à Pr.

De nombreuses plantes à fleurs (angiospermes) utilisent une protéine photoréceptrice , telle que le phytochrome ou le cryptochrome , pour détecter les changements saisonniers de la durée de la nuit, ou photopériode, qu'elles prennent comme signaux pour fleurir. Dans une autre subdivision, les plantes photopériodiques obligatoires ont absolument besoin d'une nuit suffisamment longue ou courte avant la floraison, alors que les plantes photopériodiques facultatives sont plus susceptibles de fleurir dans une seule condition.

Le phytochrome se présente sous deux formes : P r et P fr . La lumière rouge (qui est présente pendant la journée) convertit le phytochrome en sa forme active (pfr). Cela déclenche alors la croissance de la plante. À son tour, la lumière rouge lointaine est présente à l'ombre ou dans l'obscurité et cela convertit le phytochrome de pfr en pr. P r est la forme inactive du phytochrome et ne permettra pas la croissance des plantes. Ce système de conversion de P fr en P r permet à la plante de détecter quand il fait nuit et quand il fait jour. P fr peut également être reconverti en P r par un processus connu sous le nom de réversion sombre, où de longues périodes d'obscurité déclenchent la conversion de P fr . Ceci est important en ce qui concerne la floraison des plantes. Les expériences de Halliday et al. ont montré que les manipulations du rapport rouge/rouge lointain chez Arabidopsis peuvent altérer la floraison. Ils ont découvert que les plantes ont tendance à fleurir plus tard lorsqu'elles sont exposées à plus de lumière rouge, ce qui prouve que la lumière rouge inhibe la floraison. D'autres expériences l'ont prouvé en exposant les plantes à une lumière rouge supplémentaire au milieu de la nuit. Une plante de jours courts ne fleurira pas si la lumière est allumée pendant quelques minutes au milieu de la nuit et une plante de jours longs peut fleurir si elle est exposée à plus de lumière rouge au milieu de la nuit.

Les cryptochromes sont un autre type de photorécepteur important dans le photopériodisme. Les cryptochromes absorbent la lumière bleue et les UV-A. Les cryptochromes entraînent l'horloge circadienne à s'allumer. Il a été constaté que l'abondance du cryptochrome et du phytochrome dépend de la lumière et que la quantité de cryptochrome peut changer en fonction de la durée du jour. Cela montre à quel point les deux photorécepteurs sont importants pour déterminer la longueur du jour.

En 1920, WW Garner et HA Allard ont publié leurs découvertes sur le photopériodisme et ont estimé que c'était la durée de la lumière du jour qui était critique, mais on a découvert plus tard que la durée de la nuit était le facteur déterminant. Les plantes à fleurs photopériodiques sont classées comme plantes à jours longs ou plantes à jours courts même si la nuit est le facteur critique en raison du malentendu initial selon lequel la lumière du jour est le facteur de contrôle. Avec les plantes à jours longs et les plantes à jours courts, il existe des plantes qui entrent dans une "catégorie de longueur de jour double". Ces usines sont soit des usines de jours longs et courts (LSDP) soit des usines de jours courts et longs (SLDP). Les LSDP fleurissent après une série de jours longs suivis de jours courts, tandis que les SLDP fleurissent après une série de jours courts suivis de jours longs. Chaque plante a une photopériode critique de longueur différente, ou une durée critique de nuit.

Les biologistes modernes pensent que c'est la coïncidence des formes actives du phytochrome ou du cryptochrome, créées par la lumière pendant la journée, avec les rythmes de l' horloge circadienne qui permet aux plantes de mesurer la durée de la nuit. Outre la floraison, le photopériodisme chez les plantes comprend la croissance des tiges ou des racines pendant certaines saisons et la perte des feuilles. L'éclairage artificiel peut être utilisé pour induire des journées extra-longues.

Plantes de jours longs

Les plantes de jours longs fleurissent lorsque la durée de la nuit tombe en dessous de leur photopériode critique. Ces plantes fleurissent généralement à la fin du printemps ou au début de l'été à mesure que les jours rallongent. Dans l'hémisphère nord, le jour le plus long de l'année (le solstice d'été) est le ou vers le 21 juin. Après cette date, les jours raccourcissent (c'est-à-dire que les nuits rallongent) jusqu'au 21 décembre (le solstice d'hiver). Cette situation est inversée dans l'hémisphère sud (c'est-à-dire que le jour le plus long est le 21 décembre et le jour le plus court est le 21 juin).

Certaines plantes obligatoires de jours longs sont :

Certaines plantes facultatives de jours longs sont :

  • Pois ( Pisum sativum)
  • Orge ( Hordeum vulgare )
  • Laitue ( Lactuca sativa )
  • Blé ( Triticum aestivum )

Plantes de jours courts

Les plantes de jours courts fleurissent lorsque les durées nocturnes dépassent leur photopériode critique. Ils ne peuvent fleurir sous des nuits courtes ou si une impulsion de lumière artificielle est projetée sur la plante pendant plusieurs minutes pendant la nuit ; ils nécessitent une période continue d'obscurité avant que le développement floral puisse commencer. La lumière nocturne naturelle, comme le clair de lune ou les éclairs, n'est pas d'une luminosité ou d'une durée suffisantes pour interrompre la floraison.

En général, les plantes à jours courts (c.-à-d. à nuits longues) fleurissent à mesure que les jours raccourcissent (et les nuits s'allongent) après le 21 juin dans l'hémisphère nord, c'est-à-dire en été ou en automne. La durée de la période d'obscurité nécessaire pour induire la floraison diffère selon les espèces et les variétés d'une espèce.

Le photopériodisme affecte la floraison en induisant la pousse à produire des bourgeons floraux au lieu de feuilles et de bourgeons latéraux.

Certaines plantes facultatives à jours courts sont :

Plantes à jour

Les plantes à jour neutre, telles que les concombres , les roses , les tomates et les Ruderalis ( cannabis à autofloraison ) n'amorcent pas de floraison basée sur le photopériodisme. Au lieu de cela, ils peuvent initier la floraison après avoir atteint un certain stade de développement global ou un certain âge, ou en réponse à des stimuli environnementaux alternatifs, tels que la vernalisation (une période de basse température).

Animal

La durée du jour, et donc la connaissance de la saison de l'année, est vitale pour de nombreux animaux. Un certain nombre de changements biologiques et comportementaux dépendent de cette connaissance. Avec les changements de température, la photopériode provoque des changements dans la couleur de la fourrure et des plumes, la migration, l'entrée en hibernation , le comportement sexuel et même le redimensionnement des organes sexuels.

La fréquence de chant des oiseaux comme le canari dépend de la photopériode. Au printemps, lorsque la photopériode augmente (plus de lumière du jour), les testicules du canari mâle se développent. Au fur et à mesure que les testicules grandissent, plus d'androgènes sont sécrétés et la fréquence des chants augmente. En automne, lorsque la photopériode diminue (moins de lumière du jour), les testicules du canari mâle régressent et les niveaux d'androgènes chutent considérablement, entraînant une diminution de la fréquence des chants. Non seulement la fréquence du chant dépend de la photopériode, mais le répertoire du chant l'est également. La longue photopériode du printemps se traduit par un plus grand répertoire de chants. La photopériode plus courte de l'automne entraîne une réduction du répertoire des chansons. Ces changements de photopériode comportementale chez les canaris mâles sont causés par des changements dans le centre du chant du cerveau. Au fur et à mesure que la photopériode augmente, le centre vocal élevé (HVC) et le noyau robuste de l' archistriatum (RA) augmentent en taille. Lorsque la photopériode diminue, ces zones du cerveau régressent.

Chez les mammifères, la durée du jour est enregistrée dans le noyau suprachiasmatique (SCN), qui est informé par les cellules ganglionnaires rétiniennes sensibles à la lumière , qui ne sont pas impliquées dans la vision. L'information circule dans le tractus rétinohypothalamique (RHT). Certains mammifères sont très saisonniers, tandis que la saisonnalité des humains est largement considérée comme un bagage évolutif .

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

  • DE Fosket, Croissance et développement des plantes, une approche moléculaire. Presse académique, San Diego, 1994, p. 495.
  • B. Thomas et D. Vince-Prue, Photopériodisme chez les plantes (2e éd). Presse académique, 1997