Les besoins de la photosynthèse

Lorsque l’on place des végétaux verts dans une enceinte fermée en présence de lumière, on constate que la quantité de dioxyde de carbone diminue dans l’enceinte au cours du temps tandis que la quantité de dioxygène augmente.

Le dioxyde de carbone pourrait donc intervenir dans la synthèse de la matière organique par les végétaux.

Pour tester cette hypothèse, on place des feuilles dans un récipient fermé hermétiquement et contenant de la potasse (qui absorbe le CO₂ de l’air) et d'autres feuilles dans un récipient contenant une eau riche en CO₂. On expose le plant ainsi équipé 24 h à la lumière puis on traite les feuilles à l’alcool bouillant avant de les colorer à l’eau iodée.

Mise en évidence des besoins en CO₂ de la plante chlorophyllienne pour la production de matière organique

On constate que seule la feuille ayant été mise en présence d’eau enrichie en CO₂ adopte une couleur bleu noir caractéristique.

Ceci prouve que le CO₂ contenu dans l’air est utilisé par les végétaux pour produire de la matière organique. Il apporte notamment le carbone qui sert de squelette à toutes les molécules organiques.

Quelle que soit la plante, elle a besoin de l’eau pour survivre, qu’elle prélève dans le sol grâce à son système racinaire. Mais cette eau est-elle utilisée par la photosynthèse ?

En 1941, Ruben et Kamen réalisent une expérience historique en utilisant l’isotope stable ¹⁸O de l’oxygène comme marqueur.

Ils mettent en culture des chlorelles (algues unicellulaires photosynthétiques) dans deux conditions différentes :

• Condition n °1 : les algues sont mises en culture dans de l’eau à oxygène lourd (¹⁸O) en présence de bicarbonate de potassium ordinaire comme source de CO₂.
• Condition n °2 : les algues sont mises en culture dans de l’eau à oxygène ordinaire (¹⁶O) en présence de bicarbonate de potassium à oxygène lourd (¹⁸O) comme source de CO₂.

Puis, ils analysent la composition isotopique du dioxygène libéré par la réaction de photosynthèse réalisée en présence de lumière. Ils constatent que dans les conditions n °1, le dioxygène libéré est composé d’atomes d’oxygène lourd (¹⁸O) tandis que dans les conditions n °2, le dioxygène libéré est composé d’atomes d'oxygène ordinaire (¹⁶O).

Ainsi, le dioxygène produit au cours de la photosynthèse provient de la photolyse de l’eau.

Au cours de la réaction de photosynthèse réalisée par les végétaux verts, ces derniers prélèvent dans leur environnement du CO₂ et de l’eau et captent l’énergie lumineuse du soleil. L’ensemble des réactions ont lieu dans les chloroplastes présents dans les cellules chlorophylliennes des feuilles et aboutissent à la production d’une nouvelle matière organique dont la forme initiale est un glucide complexe, l’amidon.