Les effets de la lumière sur la croissance et le développement des plantes

La lumière fournit aux plantes l'énergie nécessaire à la photosynthèse, leur permettant de produire de la matière organique etconvertir l'énergie pendant la croissance et le développementLa lumière fournit aux plantes l'énergie nécessaire et est à la base de la division et de la différenciation cellulaires, de la synthèse de la chlorophylle, de la croissance des tissus et des mouvements stomatiques. L'intensité lumineuse, la photopériode et la qualité de la lumière jouent un rôle important dans ces processus. Le métabolisme des sucres chez les plantes fait intervenir de nombreux mécanismes de régulation. La lumière, en tant que facteur de régulation, influence la composition de la paroi cellulaire, des granules d'amidon, la synthèse du saccharose et la formation des faisceaux vasculaires. De même, dans le contexte du métabolisme des sucres régulé par la lumière, les types de sucres et les gènes impliqués sont également affectés. Nous avons examiné les bases de données existantes et constaté le peu d'études de synthèse pertinentes. Par conséquent, cet article résume les effets de la lumière sur la croissance et le développement des plantes, ainsi que sur le métabolisme des sucres, et examine plus en détail les mécanismes d'action de la lumière sur les plantes, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur les mécanismes de régulation de la croissance végétale sous différentes conditions d'éclairage.

La lumière fournit l'énergie nécessaire à la photosynthèse des plantes et agit comme un signal environnemental régulant de multiples aspects de leur physiologie. Grâce à divers photorécepteurs, tels que les phytochromes et les phototropines, les plantes perçoivent les variations de la luminosité extérieure et établissent des voies de signalisation appropriées pour réguler leur croissance et leur développement. En conditions de faible luminosité, la teneur totale en matière sèche des plantes diminue, de même que le taux de photosynthèse, le taux de transpiration, la conductance stomatique et le diamètre de la tige. De plus, l'intensité lumineuse est une variable cruciale qui régule des processus tels que la germination, la prolifération et l'expansion des feuilles, le développement stomatique, la photosynthèse et la division cellulaire. La qualité de la lumière transmise par les photorécepteurs régule l'ensemble du cycle de vie des plantes ; différentes qualités de lumière ont des effets différents sur la morphologie, la photosynthèse, la croissance et le développement des organes. Les plantes peuvent réguler leur croissance et leur développement en fonction de la photopériode, qui favorise des processus tels que la germination des graines, la floraison et la maturation des fruits. Il est également impliqué dans les réponses des plantes aux facteurs défavorables, s'adaptant à divers changements saisonniers (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Le sucre, substance essentielle à la croissance et au développement des plantes, subit un processus complexe de transport et d'accumulation, influencé et régulé par de multiples facteurs. Le métabolisme du sucre chez les plantes englobe la synthèse, le catabolisme, l'utilisation et la transformation des sucres, incluant le transport du saccharose, la transduction du signal et la synthèse de l'amidon et de la cellulose (Kudo et al., 2023 ; Li et al., 2023b ; Lo Piccolo et al., 2024). Ce métabolisme permet une utilisation et une régulation efficaces des sucres, participe à l'adaptation des plantes aux changements environnementaux et fournit l'énergie nécessaire à leur croissance et à leur développement. La lumière influence le métabolisme du sucre chez les plantes via la photosynthèse, la signalisation des sucres et la régulation de la photopériode ; les variations des conditions lumineuses induisent des modifications des métabolites végétaux (Lopes et al., 2024 ; Zhang et al., 2024). Cette revue se concentre sur les effets de la lumière sur la performance photosynthétique, la croissance et le développement des plantes, ainsi que sur leur métabolisme du sucre. L'article aborde également les progrès de la recherche sur les effets de la lumière sur les caractéristiques physiologiques des plantes, dans le but de fournir une base théorique pour l'utilisation de la lumière afin de réguler leur croissance et d'améliorer leur rendement et leur qualité. La relation entre la lumière et la croissance des plantes demeure encore mal comprise et ouvre des pistes de recherche prometteuses.
La lumière possède de nombreuses propriétés, mais son intensité et sa qualité ont l'impact le plus important sur les plantes. L'intensité lumineuse est couramment utilisée pour mesurer la luminosité d'une source lumineuse ou la force d'un faisceau. Selon sa longueur d'onde, la lumière se divise en ultraviolet, visible et infrarouge. La lumière visible se subdivise en rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Les plantes absorbent principalement la lumière rouge et bleue, qui leur fournit l'énergie nécessaire à la photosynthèse (Liang et al., 2021).
Cependant, l'application de différentes qualités de lumière sur le terrain, le contrôle de la photopériode et les effets des variations d'intensité lumineuse sur les plantes constituent des problèmes complexes qui nécessitent une résolution. Par conséquent, nous pensons qu'une utilisation rationnelle des conditions lumineuses peut favoriser efficacement le développement de la modélisation écologique des plantes et l'utilisation en cascade des ressources (matières premières et énergie), améliorant ainsi l'efficacité de la croissance végétale et les bénéfices environnementaux. En utilisant la théorie de l'optimisation écologique, l'adaptabilité de la photosynthèse des plantes à la lumière à moyen et long terme est intégrée au modèle du système terrestre afin de réduire l'incertitude de la modélisation de la photosynthèse et d'améliorer sa précision (Luo et Keenan, 2020). Les plantes tendent à s'adapter à la lumière à moyen et long terme, et leur capacité photosynthétique ainsi que leur efficacité d'utilisation de l'énergie lumineuse peuvent être améliorées à moyen et long terme, permettant ainsi une modélisation écologique plus efficace de la culture en plein champ. De plus, lors de la plantation en plein champ, l'intensité lumineuse est ajustée en fonction de l'espèce végétale et de ses caractéristiques de croissance afin de favoriser une croissance saine des plantes. Dans le même temps, en ajustant le rapport de qualité de la lumière et en simulant le cycle naturel de la lumière, il est possible d'accélérer ou de ralentir la floraison et la fructification des plantes, permettant ainsi une régulation écologique plus précise de la modélisation sur le terrain.
Le métabolisme des sucres régulé par la lumière chez les plantes contribue à l'amélioration de leur croissance et de leur développement, ainsi qu'à leur adaptation et à leur résistance aux facteurs de stress environnementaux. Les sucres, en tant que molécules de signalisation, régulent la croissance et le développement des plantes en interagissant avec d'autres molécules de signalisation (par exemple, les phytohormones), influençant ainsi les processus physiologiques végétaux (Mukarram et al., 2023). Nous pensons que l'étude des mécanismes de régulation reliant l'environnement lumineux à la croissance des plantes et au métabolisme des sucres constituera une stratégie économique efficace pour orienter les pratiques de sélection et de production. Grâce aux progrès technologiques, les recherches futures sur la sélection des sources lumineuses, telles que les technologies d'éclairage artificiel et l'utilisation de LED, pourront être menées afin d'améliorer l'efficacité de l'éclairage et le rendement des plantes, offrant ainsi davantage d'outils de régulation pour la recherche sur la croissance et le développement des plantes (Ngcobo et Bertling, 2024). Cependant, les longueurs d'onde de la lumière rouge et bleue sont les plus utilisées dans les recherches actuelles sur les effets de la qualité de la lumière sur les plantes. Ainsi, en étudiant les effets de différentes qualités de lumière, telles que l'orange, le jaune et le vert, sur la croissance et le développement des plantes, nous pouvons mieux comprendre les mécanismes d'action de multiples sources lumineuses sur les plantes et, par conséquent, utiliser plus efficacement différentes qualités de lumière dans des applications pratiques. Cela nécessite des recherches et des améliorations supplémentaires. De nombreux processus de croissance et de développement des plantes sont régulés par les phytochromes et les phytohormones. Par conséquent, l'influence de l'interaction entre l'énergie spectrale et les substances endogènes sur la croissance des plantes constituera un axe de recherche clé pour l'avenir. De plus, une étude approfondie des mécanismes moléculaires par lesquels différentes conditions lumineuses affectent la croissance et le développement des plantes, le métabolisme des sucres, ainsi que les effets synergiques de multiples facteurs environnementaux, contribuera au développement et à l'exploitation du potentiel de diverses plantes, permettant ainsi leur application dans des domaines tels que l'agriculture et la biomédecine.