Comment la lumière rouge lointaine affecte-t-elle la croissance des plantes ?
Introduction à la lumière de croissance DEL rouge lointain et à la croissance des plantes
Comment la lumière rouge lointaine affecte-t-elle les plantes ?
La technologie de la lumière de croissance rouge lointaine a un impact sur les plantes de plusieurs façons – parfois confuses, mal comprises et même controversées. Pourtant, elle reste un sujet crucial pour les cultivateurs d’intérieur qui cherchent à optimiser la photosynthèse et les performances de floraison. Comprendre comment les longueurs d’onde du rouge lointain interagissent avec la lumière rouge permet également de répondre à une question fréquemment posée par les cultivateurs : pourquoi la lumière rouge est-elle bonne pour les plantes et comment la lumière rouge lointaine prolonge-t-elle ces effets ?
Récemment, nous avons examiné plusieurs études et articles sur la lumière rouge lointaine et avons décidé de résumer les résultats les plus pratiques pour les cultivateurs et les concepteurs d’éclairage.
- Qu’est-ce que la lumière rouge lointaine et quel est son rapport avec l’effet Emerson ?
- Pourquoi la lumière rouge est-elle bonne pour les plantes ?
- Comment la lumière rouge affecte-t-elle la croissance des plantes – et quelle est la place du rouge lointain ?
- La lumière rouge lointaine et le goulot d’étranglement (PSII, PSI)
- Que montrent les expériences réelles sur la lumière rouge lointaine ?
- Rouge lointain et élongation des tiges
- Lumière rouge lointaine et dormance des graines
- Rouge lointain et croissance saisonnière
- Le rouge lointain n’est pas toujours synonyme d’augmentation du rendement
- Les rayons ultraviolets peuvent aider, mais il faut les comprendre
- Lampe de culture à LED rouge lointain : De la recherche à l’application pratique
Fig 1 Plante et lumière
Qu’est-ce que la lumière rouge lointaine et quel est son rapport avec l’effet Emerson ?
D’où viennent toutes ces idées sur les bienfaits de la lumière rouge lointaine ? L’effet Emerson, découvert par Robert Emerson dans les années 1950, décrit comment la photosynthèse peut être stimulée chez les plantes lorsqu’elles sont exposées simultanément à une lumière rouge de deux longueurs d’onde différentes.
En bref, Emerson a constaté que l’addition de la lumière rouge lointaine (~700nm) à la lumière rouge (~653nm) produisait un résultat bien meilleur que les résultats combinés des tests de chaque couleur séparément.
- Lumière rouge (653nm) rendement = 53
- Lumière rouge lointaine (700 nm) rendement = 10
- Rendement de la lumière rouge + rouge lointain =72
(résultats en oxygène par quantum de lumière absorbé)
Fig 2 Robert Emerson
Le fait que les résultats du test rouge+rouge lointain soient meilleurs que les résultats combinés des tests séparés (rouge et rouge lointain) a révolutionné notre compréhension des mécanismes de la photosynthèse.
Emerson a supposé qu’au lieu d’un système additionnant les effets de deux longueurs d’onde de la lumière, il devait y avoir deux systèmes distincts travaillant ensemble, l’un stimulant l’autre – ces systèmes ont été connus plus tard sous le nom de PSII et PSI.
Pourquoi la lumière rouge est-elle bonne pour les plantes ?
La lumière rouge joue un rôle fondamental dans la photosynthèse, stimulant la production d’énergie dans les plantes plus efficacement que la plupart des autres longueurs d’onde. Dans les expériences d’Emerson, la lumière rouge autour de 653 nm a montré le rendement le plus élevé lorsqu’elle était absorbée par le photosystème II (PSII), le centre de réaction primaire qui initie l’activité photosynthétique. Cela explique pourquoi la lumière rouge est bénéfique pour les plantes : elle excite les molécules de chlorophylle responsables de la conversion de la lumière en énergie chimique.
Cependant, lorsque la lumière rouge lointaine (~700 nm) a été ajoutée à la lumière rouge, l’efficacité photosynthétique globale a augmenté de façon spectaculaire, révélant que la lumière rouge lointaine complète la lumière rouge plutôt qu’elle ne la remplace. Cette découverte a conduit à l’identification de deux systèmes lumineux, PSII et PSI, qui travaillent ensemble pour maximiser la conversion de l’énergie dans les plantes.
Comment la lumière rouge affecte-t-elle la croissance des plantes – et quelle est la place du rouge lointain ?
La lumière rouge joue un rôle prépondérant dans le développement des plantes car elle stimule la photosynthèse et régule des processus essentiels tels que la floraison, la germination des graines et l’élongation des tiges. En horticulture, il est bien connu que la lumière rouge à environ 660 nm active l’absorption de la chlorophylle, qui aide à convertir l’énergie lumineuse en sucres qui alimentent la croissance des plantes. Cela explique comment la lumière rouge affecte la croissance des plantes et pourquoi les LED rouges sont devenues un élément fondamental de la plupart des systèmes d’éclairage de culture.
Cependant, la recherche a montré que les plantes réagissent encore plus efficacement lorsque la lumière rouge lointaine est introduite en même temps que la lumière rouge. La combinaison des deux longueurs d’onde augmente le taux de photosynthèse par un mécanisme démontré pour la première fois par l’effet Emerson. La lumière rouge lointaine (~700 nm) complète la lumière rouge en stimulant le photosystème I (PSI), qui travaille en tandem avec le photosystème II (PSII) – le système sensible à la lumière rouge – pour équilibrer l’ensemble du processus de conversion énergétique.
Les modèles modernes de lampes de culture rouge lointain tirent parti de cette synergie pour favoriser un éclairage plus uniforme de la canopée, une floraison plus rapide et une meilleure production de biomasse. Au lieu de remplacer la lumière rouge, les longueurs d’onde du rouge lointain en étendent les avantages, créant ainsi une stratégie spectrale complète qui reflète l’équilibre de la lumière naturelle du soleil.
La lumière rouge lointaine et le goulot d’étranglement (PSII, PSI)
Le PSII et le PSI sont des sous-systèmes situés dans la membrane thylakoïde, enfouie dans les cellules végétales (vous pouvez en savoir plus ici). Vous pouvez les considérer comme les stations d’une usine qui produit des réserves d’énergie appelées ATP et NADPH, qui seront ensuite utilisées pour fabriquer du sucre.
Figure 3a La photosynthèse a lieu dans la membrane thylakoïde, enfouie dans la cellule végétale.
Figure 3b La membrane thylakoïde et les stations PSII, PSI
La lumière bleue et la lumière rouge sont absorbées à la fois par le PSII et le PSI et sont importantes pour le déroulement de la photosynthèse.
En outre, le PSII est particulièrement efficace pour absorber la lumière rouge à 680 nm.
En outre, l’ISP est particulièrement efficace pour absorber la lumière rouge lointaine à 700 nm.
Si vos lampes de culture produisent beaucoup de lumière bleue et rouge, la photosynthèse a lieu, mais il y aura un goulot d’étranglement au niveau du PSI. Pourquoi ?
Il y a une réserve naturelle au PSI parce que le traitement y est intrinsèquement plus lent. Puisque le PSI absorbe mieux le rouge lointain, l’ajout de rouge lointain à vos lampes de culture devrait aider à faire avancer les choses.
En bref, la lumière rouge lointaine N’EST PAS un élixir de croissance magique, comme certaines personnes pourraient le penser à la suite d’expériences montrant des résultats miraculeux – elle aide simplement le processus à se dérouler entre PSII et PSI.
Vous n’aurez pas de problème de goulot d’étranglement avec l’agriculture en plein air, car le soleil fournit beaucoup de lumière rouge lointaine (figure 4).
Figure 4 Le spectre du Soleil contient beaucoup de lumière rouge lointaine (>700nm)
Que montrent les expériences réelles sur la lumière rouge lointaine ?
Nous avons examiné trois études portant sur la lumière rouge lointaine complémentaire et avons découvert les résultats suivants.
- Étude 1: augmentation de 39,4 %, 19,0 % et 0,0 % du poids sec pour trois échantillons de laitue.
- Étude 2: augmentation de 46 à 77 % du poids sec et de 58 à 75 % de la surface foliaire pour la laitue.
- Étude 3: augmentation de 31,72 % de la photosynthèse des feuilles avec la lumière rouge lointaine.
(voir les références à la fin).
Même si ces études montrent des résultats significatifs, nous devons rappeler que ces résultats ne signifient pas que la lumière rouge lointaine supplémentaire est une opportunité de croissance magique – ils valident simplement le fait que l’agriculture sous lumière de croissance pourrait bénéficier de la lumière rouge lointaine supplémentaire.
Rouge lointain et élongation des tiges
Sous la canopée d’une forêt, la lumière bleue et la lumière rouge diminuent, mais il y a une abondance de lumière rouge lointaine qui passe à travers les feuilles (voir figure 5 ). Cela indique aux plantes en germination situées en dessous d’étendre leurs tiges et d’atteindre un meilleur ensoleillement, ce qui est connu sous le nom d' »évitement de l’ombre ».
Dans un environnement de culture en intérieur, vous pouvez utiliser la lumière rouge lointaine et l’allongement des tiges comme avantages.
Fig 5 – Cette mesure du spectromètre est prise sous une feuille pendant le soleil de midi.
L’allongement des tiges est un aspect positif de la culture des fraises. Les producteurs peuvent utiliser la lumière rouge lointaine pour aider à augmenter les tiges, ce qui permet une meilleure ventilation et prévient les moisissures et les champignons. De plus, avec des tiges plus longues, les fruits sont plus facilement visibles et récoltés.
Fig 6 – La lumière rouge lointaine favorise la croissance des tiges pour une meilleure ventilation
Cependant, dans certains cas, il n’est pas souhaitable d’utiliser une lumière rouge intense pour stimuler la croissance des tiges – vous pouvez vouloir garder vos produits courts et trapus pour l’attrait visuel (par exemple, la laitue).
De plus, certains articles suggèrent que les sucres utilisés pour la croissance des tiges affectent le rendement et la qualité des fruits sur les plantes fruitières.
Figure 7 – La couleur de la lumière et la taille de la plante – Avec l’aimable autorisation de Al Gracian at Albopepper.com
Lumière rouge lointaine et dormance des graines
Les graines se trouvent souvent au sol sous la canopée. Elles peuvent également détecter leur présence dans les zones ombragées en réagissant à la lumière rouge lointaine, mais contrairement à une pousse, la graine reste en dormance, attendant une occasion plus propice pour germer.
Figure 8 – Les graines réagissent à la lumière rouge lointaine en entrant en dormance
Rouge lointain et croissance saisonnière
Si vous avez des plantes dans votre jardin ou sur votre balcon, vous remarquez probablement une poussée collective de croissance, surtout au printemps et en été : de nouvelles tiges, des feuilles fraîches et des fleurs. La lumière rouge et la lumière rouge lointaine influencent cette transformation magique en influençant la structure d’une molécule de phytochrome.
Heures de jour et heures de nuit considérées comme égales, le phytochrome atteint une sorte de stase. Mais à l’arrivée du printemps et de l’été, les heures de la journée sont plus longues, ce qui entraîne un changement dans l’influence de la lumière rouge et rouge lointaine sur l’état des phytochromes, et déclenche la croissance saisonnière.
Pour en savoir plus sur la croissance saisonnière, cliquez ici.
Fig 9 – La molécule Phytochrome, la clé de la croissance saisonnière.
Figure 10 – La croissance saisonnière est déterminée par les heures de lumière du jour
Le rouge lointain n’est pas toujours synonyme d’augmentation du rendement
Le produit final de la photosynthèse est le sucre. Mais ce n’est pas parce que vous obtenez une abondance de sucre grâce à la lumière rouge lointaine supplémentaire que vous augmentez le rendement des plantes.
L’ADN dans le noyau d’une plante passe par une liste de contrôle (contrôle des points de contrôle) avant de juger approprié de déclencher la croissance. Il évalue la température, l’humidité, la disponibilité des hormones, la disponibilité de l’eau, le stress des plantes, etc. En effet, même si vous disposez d’une lumière bleue, d’une lumière rouge et d’une lumière rouge lointaine pour encourager la photosynthèse de manière adéquate, vous n’obtiendrez peut-être pas les résultats escomptés.
Fig 11 – Le noyau de la cellule végétale contrôle toutes les fonctions de la division cellulaire.
Figure 12 – La quatrième étape du cycle cellulaire est la division cellulaire (Mitose) – par Ali Zifan (wikipedia-CCBY-SA 4.0)
Et n’oubliez pas que chaque plante est différente
Chaque espèce végétale a ses propres particularités. Ce qui fonctionne parfaitement pour l’un peut ne pas être idéal pour l’autre. Leurs particularités sont profondément ancrées dans l’ADN du noyau et font partie du plan directeur de l’évolution, la survie du plus apte.
Fig 13 – Mesures de la lumière rouge lointaine, rouge et UV à partir d’un PARmètre spectral.
Les rayons ultraviolets peuvent aider, mais il faut les comprendre
Dans cet article, nous avons essayé de couvrir tous les aspects de la lumière rouge lointaine
Mais nous avons constaté qu’il ne suffit pas d’allumer la lumière rouge lointaine pour augmenter le rendement, car il faut prendre en compte de nombreux aspects de la lumière rouge lointaine : goulets d’étranglement PSI, élongation de la tige, croissance saisonnière et considérations relatives au noyau et à l’ADN.
De plus, toutes les plantes ont des particularités. Si vous avez déjà essayé de cultiver des plantes, vous avez vite compris que ce qui est bon pour une plante peut ne pas l’être pour une autre. Néanmoins, la compréhension des nuances de la lumière rouge lointaine donne aux cultivateurs une meilleure chance d’obtenir des résultats rouges lointains, par l’expérimentation et l’ajustement des paramètres.
Toutes les données de mesure de cet article ont été prises par un PARmètre spectral UPRtek.
Lampe de culture à LED rouge lointain : De la recherche à l’application pratique
Alors que la recherche nous aide à comprendre le comportement complexe de la lumière rouge lointaine, les cultivateurs s’appuient sur les systèmes d’éclairage de culture à LED rouge lointain pour traduire ces connaissances scientifiques en résultats mesurables.
Les technologies modernes d’éclairage de croissance par LED sont désormais conçues avec un réglage spectral précis, permettant aux utilisateurs d’équilibrer les longueurs d’onde rouge et rouge lointain pour des cultures ou des stades de croissance spécifiques.
En utilisant une lampe de culture à LED rouge lointain, les cultivateurs peuvent reproduire les conditions de lumière naturelle qui favorisent l’efficacité de la photosynthèse, l’initiation des fleurs et l’accumulation de la biomasse. Cependant, il ne s’agit pas d’une formule unique : chaque espèce réagit différemment au rayonnement rouge lointain et il est essentiel d’affiner les rapports spectraux.
C’est pourquoi des outils de mesure du spectre précis, tels que le PARmètre spectral UPRtek PG200N, sont indispensables. Ils permettent aux chercheurs et aux cultivateurs d’analyser et d’optimiser les performances du rouge lointain, en veillant à ce que les stratégies d’éclairage soient basées sur des données plutôt que sur des essais et des erreurs.
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Lisez sur le sujet : PG200N Spectral PAR Meter
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- Réactions à la lumière et effet de renforcement d’Emerson | Fluence | 2023 | https://www.youtube.com/watch?v=oIf_XwWVIq8
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