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Simulateur de photosynthèse et de facteurs limitants

Équations de cette simulation

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
O₂oxygènele gaz des bulles ; la lumière décompose l’eau pour le libérer, et le dioxyde de carbone est incorporé dans le sucre
I = I₁₀ × (10 cm ÷ d)²
Iintensité lumineuse au niveau de la plante (µmol de photons par m² et par seconde)la loi de l’inverse du carré : deux fois plus loin, quatre fois moins de lumière
I₁₀intensité à 10 cm800 µmol m⁻² s⁻¹ pour cette lampe ; le plein soleil donne environ 2 000
dDistance de la lampe d (cm)

Avec les valeurs actuelles :

J = α × e × I
Jvitesse que la lumière seule permettrait (bulles par minute)
αbulles par minute par unité de lumière, quand la lumière est la seule limite0.1
eefficacité avec laquelle la plante utilise cette couleurrouge 1, blanc 0,75, bleu 0,75, vert 0,3 : la chlorophylle absorbe le rouge et le bleu et réfléchit le vert

Avec les valeurs actuelles :

P_max = 60 × f(T) × C ÷ (C + 2 mM)
P_maxvitesse que les enzymes atteindraient avec une lumière illimitée (bulles par minute)
Cdioxyde de carbone et hydrogénocarbonate dissous (mM)0,5 mM venant de l’eau du robinet plus l’apport de Hydrogénocarbonate de sodium ajouté (grammes par litre), à 84 g par mole
f(T)facteur de températuredouble tous les 10 °C (Q₁₀ = 2) jusqu’à ce que les enzymes commencent à être endommagées au-delà d’environ 35 °C

Avec les valeurs actuelles :

P = (J + P_max − √((J + P_max)² − 4θ J P_max)) ÷ 2θ, nette = P − R
Pvitesse brute de photosynthèsela plus petite des deux valeurs J et P_max, avec une transition douce entre elles (θ = 0,9)
Rrespirationla plante consomme de l’oxygène en permanence : 3 bulles par minute à 25 °C, doublant tous les 10 °C
netbulles par minute dégagéeszéro sous le point de compensation, où la photosynthèse couvre tout juste la respiration

Avec les valeurs actuelles :

Comment utiliser le simulateur de photosynthèse

  1. Réglez la distance de la lampe, la couleur de la lumière, l’hydrogénocarbonate de sodium ajouté à l’eau et la température de l’eau. L’élodée dégage des bulles d’oxygène par sa tige coupée, d’autant plus vite que sa photosynthèse est rapide. Les résultats donnent les bulles par minute, la lumière qui atteint la plante et le facteur qui limite la vitesse en ce moment.
  2. Choisissez en fonction de quoi tracer la vitesse et appuyez sur Compter les bulles pendant une minute : la minute est accélérée à six secondes, et le comptage s’affiche sur le graphique sous forme de marque jaune, un peu au-dessus ou au-dessous de la courbe du modèle, comme de vrais comptages. Changez la variable pas à pas et recomptez pour construire la courbe, puis trouvez où elle s’aplatit.
  3. Observez le facteur limitant changer : de loin, c’est la lumière ; de près, le dioxyde de carbone ou la température, et au-delà d’environ 35 °C les enzymes commencent à être endommagées. La lumière verte n’agit presque pas. Le Calcul de molarité convertit les grammes d’hydrogénocarbonate de sodium en concentration, et le Simulateur de cinétique enzymatique montre pourquoi la température compte.

Questions fréquentes

Quels sont les facteurs limitants de la photosynthèse ?

L’intensité lumineuse, la concentration en dioxyde de carbone et la température. À chaque instant, la vitesse est freinée surtout par celui qui manque le plus : plus de lumière ne sert à rien si la plante manque de dioxyde de carbone. Augmentez le facteur limitant et la vitesse monte jusqu’à ce qu’un autre facteur prenne le relais ; c’est pourquoi les courbes montent puis s’aplatissent.

Pourquoi déplacer la lampe change-t-il autant la lumière ?

La lumière d’une petite lampe se répartit sur une sphère, donc son intensité diminue comme le carré de la distance : deux fois plus loin, il reste un quart de la lumière ; trois fois plus loin, un neuvième. C’est pourquoi on trace souvent la vitesse en fonction de 1 ÷ d², qui est proportionnel à l’intensité lumineuse.

Pourquoi la plante ne dégage-t-elle pas de bulles sous une faible lumière ?

Les plantes respirent en permanence et consomment de l’oxygène. Sous une faible lumière, la photosynthèse ne produit qu’autant d’oxygène que la respiration en consomme, ou moins, et il n’en reste pas pour former des bulles. L’intensité lumineuse à laquelle les deux s’équilibrent est le point de compensation.

Compter les bulles est-il un moyen précis de mesurer la photosynthèse ?

C’est rapide mais grossier. Les bulles n’ont pas toutes la même taille, une partie de l’oxygène se dissout dans l’eau et le gaz n’est pas de l’oxygène pur. Recueillir le gaz dans une éprouvette retournée ou une seringue, ou mesurer l’oxygène dissous avec une sonde, donne de meilleurs chiffres.

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