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Pourquoi les plantes ont-elles des feuilles vertes et non rouges ?

Pourquoi les plantes ont-elles des feuilles vertes et non rouges ?


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Je sais que les plantes sont vertes à cause de la chlorophylle.

Il serait sûrement plus avantageux pour les plantes d'être rouges que vertes car en étant vertes, elles réfléchissent la lumière verte et ne l'absorbent pas même si la lumière verte a plus d'énergie que la lumière rouge.

N'y a-t-il pas d'alternative à la chlorophylle ? Ou s'agit-il d'autre chose?


Il serait sûrement encore plus avantageux pour les plantes d'être noires au lieu de rouges ou vertes, du point de vue de l'absorption d'énergie. Et les cellules solaires sont en effet assez sombres.

Mais, comme l'a indiqué Rory, les photons à plus haute énergie ne produiront que de la chaleur. En effet, les réactions chimiques alimentées par la photosynthèse ne nécessitent qu'une certaine quantité d'énergie, et toute quantité excessive délivrée par des photons de plus haute énergie ne peut pas être simplement utilisée pour une autre réaction.1 mais produira de la chaleur. Je ne sais pas combien de problèmes cela cause réellement, mais il y a un autre point:

Comme expliqué, ce qui détermine l'efficacité de la conversion de l'énergie solaire n'est pas l'énergie par photon, mais la quantité de photons disponibles. Vous devriez donc jeter un œil au spectre de la lumière solaire :

L'irradiance est une densité d'énergie, mais nous nous intéressons à la densité de photons, vous devez donc diviser cette courbe par l'énergie par photon, ce qui signifie la multiplier par λ/(hc) (c'est-à-dire que les longueurs d'onde plus élevées ont besoin de plus de photons pour obtenir le même résultat Irradiation). Si vous comparez cette courbe intégrée sur les photons de haute énergie (disons, < 580 nm) à l'intégration sur les photons de basse énergie, vous remarquerez que malgré les pertes atmosphériques (la courbe rouge est ce qui reste de la lumière du soleil à niveau de la mer) il y a beaucoup plus de photons "rouges" que de photons "verts", donc rendre les feuilles rouges gaspillerait beaucoup d'énergie potentiellement convertie2.

Bien sûr, cela n'explique toujours pas pourquoi les feuilles ne sont pas simplement noires - absorber toute la lumière est sûrement encore plus efficace, non ? Je ne connais pas assez la chimie organique, mais je suppose qu'il n'y a pas de substances organiques avec un spectre d'absorption aussi large et l'ajout d'un autre type de pigment pourrait ne pas être rentable.3

1) Théoriquement que est possible, mais c'est un processus hautement non linéaire et donc trop peu susceptible d'être d'une utilité réelle (en milieu végétal au moins)
2) Étant donné que l'eau absorbe la lumière rouge plus fortement que la lumière verte et la lumière bleue, les plantes des grands fonds sont en effet mieux loties en rouge, comme l'a mentionné Marta Cz-C.
3 Et d'autres alternatives, comme les semi-conducteurs utilisés dans les cellules solaires, sont plutôt peu susceptibles d'être rencontrées dans les plantes…

Lecture complémentaire, proposée par Dave Jarvis :


Je crois que c'est à cause d'un compromis entre absorber une large gamme de photons et ne pas absorber trop de chaleur. C'est certainement une raison pour laquelle les feuilles ne sont pas noires - les enzymes de la photosynthèse telles qu'elles sont actuellement seraient dénaturées par l'excès de chaleur qui serait gagné.

Cela peut expliquer en partie pourquoi le vert est réfléchi plutôt que le rouge comme vous l'avez suggéré - la réflexion d'une couleur à énergie plus élevée réduit la quantité d'énergie thermique acquise par les feuilles.


Il y a ici un article assez amusant qui traite des couleurs de plantes hypothétiques sur des planètes autour d'autres étoiles.

Les étoiles sont classées selon leur type spectral qui est dicté par leurs températures de surface. Le Soleil est relativement chaud et sa distribution spectrale d'énergie culmine dans la région verte du spectre. Cependant la majorité des étoiles de la Galaxie sont des étoiles de type K et M qui émettent principalement dans le rouge et l'infrarouge.

Ceci est pertinent pour cette discussion puisque toute photosynthèse sur ces mondes devrait s'adapter à ces longueurs d'onde de lumière afin de continuer. Sur les planètes autour d'étoiles froides, la vie végétale (ou son équivalent) pourrait bien être noire !

OK, ce ne sont pas entièrement des ordures d'astrobiologiste. C'est en fait assez pertinent pour la recherche de biosignatures et de vie sur d'autres planètes. Afin de modéliser le spectre de réflectance des planètes que nous observons (c'est-à-dire la lumière réfléchie par l'étoile primaire), nous devons essayer de prendre en compte toute végétation potentielle.

Par exemple, si nous prenons un spectre de réflectance de la Terre, nous voyons un pic caractéristique dans le rouge "le bord rouge" qui est dû à la vie végétale de surface.

La NASA a également une courte page à ce sujet ici.


Il y a deux facteurs en jeu ici. Le premier est l'équilibre entre la quantité d'énergie qu'une plante peut collecter et la quantité qu'elle peut utiliser. Ce n'est pas un problème de trop de chaleur, mais de trop d'électrons. S'il s'agissait de chaleur, nombre de fleurs sélectionnées pour leur pigmentation noire verraient leurs pétales cuits. ;)

Si une plante n'a pas assez d'eau, est trop froide, est trop chaude, recueille trop de lumière ou a une autre condition qui empêche la chaîne de transport d'électrons de fonctionner correctement, les électrons s'accumulent dans un processus appelé photoinhibition.

Ces électrons sont ensuite transférés à des molécules auxquelles ils ne devraient pas être transférés, créant des radicaux libres, semant le chaos dans les cellules de la plante. Heureusement, les plantes produisent d'autres composés qui préviennent certains des dommages en absorbant et en faisant circuler les électrons comme les patates chaudes. Ces antioxydants nous sont également bénéfiques lorsque nous les mangeons.

Cela explique pourquoi les plantes collectent la quantité d'énergie lumineuse qu'elles font, mais n'explique pas pourquoi elles sont vertes et non grises ou rouge foncé. Il existe sûrement d'autres pigments capables de générer des électrons pour la chaîne de transport d'électrons.

La réponse à cette question est la même que la raison pour laquelle l'ATP est utilisé comme principale molécule de transport d'énergie dans les organismes plutôt que le GTP ou autre chose.

La chlorophylle a et b n'étaient que les premières choses qui satisfaisaient à l'exigence. Certes, un autre pigment aurait pu collecter l'énergie, mais cette région de l'espace des paramètres n'a jamais eu besoin d'être explorée.


Je sais que cette question a été posée et répondue il y a plusieurs années (avec de nombreux super réponses), mais je n'ai pas pu m'empêcher de remarquer que personne n'avait abordé cette question d'un évolutionniste perspective (comme la réponse à cette question)…

Réponse courte

Les pigments apparaissent comme n'importe quelle couleur qui n'est pas absorbée (c'est-à-dire qu'ils apparaissent comme la ou les longueurs d'onde de la lumière qu'ils réfléchissent).

La lumière bleue était la longueur d'onde de lumière la plus disponible pour les premières plantes poussant sous l'eau, ce qui a probablement conduit au développement/à l'évolution initiale des photosytèmes à médiation par la chlorophylle encore observés dans les plantes modernes. La lumière bleue est la lumière la plus disponible et la plus énergétique qui continue d'atteindre les plantes, et donc les plantes n'ont aucune raison de ne pas continuer à profiter de cette abondante lumière à haute énergie pour la photosynthèse.

Différents pigments absorbent différentes longueurs d'onde de lumière, donc les plantes devraient idéalement incorporer des pigments capables d'absorber la lumière la plus disponible. C'est le cas à la fois de la chlorophylle une et b absorbe principalement la lumière bleue. L'absorption de la lumière rouge a probablement évolué une fois que les plantes se sont déplacées sur terre en raison de son abondance accrue (par rapport à sous l'eau) et de son efficacité plus élevée dans la photosynthèse.


Longue réponse

Les premières plantes développent un système photo moderne

Il s'avère que, tout comme la variabilité de la transmission des différentes longueurs d'onde de la lumière à travers l'atmosphère, certaines longueurs d'onde de la lumière sont plus capables de pénétrer dans des profondeurs d'eau plus profondes. La lumière bleue se déplace généralement à des profondeurs plus profondes que toutes les autres longueurs d'onde visibles de la lumière. Par conséquent, les premières plantes auraient évolué pour se concentrer sur l'absorption de cette partie du spectre EM.

Cependant, vous remarquerez que la lumière verte pénètre également relativement profondément. La compréhension actuelle est que les premiers organismes photosynthétiques étaient des archées aquatiques et (sur la base d'exemples modernes de ces organismes anciens) ces archées utilisaient la bactériorhopsine pour absorber la majeure partie de la lumière verte.

Les premières plantes poussaient en dessous de ces bactéries productrices de bactériorhopsine pourpre et devaient utiliser toute la lumière qu'elles pouvaient obtenir. En conséquence, le système chlorophyllien s'est développé chez les plantes pour utiliser la lumière dont elles disposent. En d'autres termes, sur la base de la capacité de pénétration plus profonde de la lumière bleue/verte et de la perte de la disponibilité de la lumière verte pour les bactéries pélagiques ci-dessus, les plantes ont développé un photosystème pour absorber principalement dans le spectre bleu parce que c'était la lumière la plus disponible pour elles.

  • Différents pigments absorbent différentes longueurs d'onde de lumière, donc les plantes devraient idéalement incorporer des pigments capables d'absorber la lumière la plus disponible. C'est le cas à la fois de la chlorophylle une et b absorbe principalement la lumière bleue.

  • Voici deux exemples de graphiques (d'ici et d'ici) montrant le spectre d'absorption de pigments végétaux typiques :

Alors pourquoi les plantes sont-elles vertes ?

Comme vous pouvez le deviner d'après les paragraphes ci-dessus, étant donné que les plantes sous-marines ont reçu si peu de lumière verte au début, elles ont évolué avec un photosystème à médiation par la chlorophylle qui n'avait pas les propriétés physiques pour absorber la lumière verte. En conséquence, les plantes réfléchissent la lumière à ces longueurs d'onde et apparaissent vertes.

Mais pourquoi les plantes ne sont-elles pas rouges ?…

Raison de poser cette question :

Cela semble tout aussi plausible compte tenu des informations ci-dessus. Étant donné que la lumière rouge pénètre incroyablement mal dans l'eau et est largement indisponible à des profondeurs inférieures, il semblerait que les premières plantes ne développeraient pas de moyen pour l'absorber et refléteraient donc également la lumière rouge.

  • En fait, les algues rouges [relativement] étroitement apparentées fait développer un pigment réfléchissant le rouge. Ces algues ont développé un photo-système qui comprend également le pigment phycoérythrine pour aider à absorber la lumière bleue disponible. Ce pigment n'a pas évolué pour absorber les faibles niveaux de lumière rouge disponible, et donc ce pigment la reflète et fait apparaître ces organismes en rouge.

    • Fait intéressant, selon ici, les cyanobactéries qui contiennent également ce pigment peuvent facilement modifier son influence sur la couleur observée de l'organisme :

      Le rapport de la phycocyanine et de la phycoérythrine peut être modifié par l'environnement. Les cyanobactéries élevées en lumière verte développent généralement plus de phycoérythrine et deviennent rouges. Les mêmes cyanobactéries cultivées en lumière rouge deviennent bleu-vert. Ce changement de couleur réciproque a été nommé « adaptation chromatique ».

  • De plus, (bien que cela soit encore en débat) selon les travaux de Moreira et al (2000) (et corroborés par de nombreux autres chercheurs), les plantes et les algues rouges ont probablement une phylogénie photosynthétique commune :

    trois groupes d'organismes sont issus de l'endosymbiose photosynthétique primaire entre une cyanobactérie et un hôte eucaryote : les plantes vertes (algues vertes + plantes terrestres), les algues rouges et les glaucophytes (par exemple, Cyanophora).

Alors qu'est-ce qui donne ?

Réponse:

La réponse simple de pourquoi les plantes ne sont pas rouges est car la chlorophylle absorbe la lumière rouge.

Cela nous amène à nous demander : Est-ce que la chlorophylle dans les plantes toujours absorber la lumière rouge (pour éviter que les plantes n'apparaissent rouges) ou cette caractéristique est-elle apparue plus tard?

  • Si le premier était vrai, alors les plantes n'apparaissent pas rouges simplement à cause des caractéristiques physiques que les pigments de chlorophylle ont évolué pour avoir.

  • Autant que je sache, nous n'avons pas de réponse claire à cette question.

    • (Pour les autres, veuillez commenter si vous connaissez des ressources qui en discutent).
  • Cependant, indépendamment de lorsque l'absorption de la lumière rouge a évolué, les plantes ont néanmoins évolué pour absorber très efficacement la lumière rouge.

    • Un certain nombre de sources (par exemple, Mae et al. 2000, Brins et al. 2000, et ici) ainsi que de nombreuses autres réponses à cette question, suggèrent que la photosynthèse la plus efficace se produit sous la lumière rouge. En d'autres termes, la lumière rouge donne l'"efficacité photosynthétique" la plus élevée.

      • Cette page du NIH suggère la raison derrière cela :

      Chlorophylle une absorbe également la lumière à des longueurs d'onde discrètes inférieures à 680 nm (voir la figure 16-37b). Une telle absorption élève la molécule dans l'un des nombreux états excités plus élevés, qui se désintègrent en moins de 10−12 secondes (1 picoseconde, ps) jusqu'au premier état excité P*, avec perte de l'énergie supplémentaire sous forme de chaleur. La séparation photochimique des charges ne se produit qu'à partir du premier état excité du centre de réaction chlorophylle a, P*. Cela signifie que le rendement quantique - la quantité de photosynthèse par photon absorbé - est le même pour toutes les longueurs d'onde de lumière visible inférieures à 680 nm.

Pourquoi les plantes sont-elles restées vertes ?

Alors pourquoi les plantes n'ont-elles pas évolué pour utiliser le feu vert après s'être déplacées/évoluer sur terre ? Comme discuté ici, les plantes sont terriblement inefficaces et ne peuvent pas utiliser toute la lumière à leur disposition. En conséquence, il n'y a probablement aucun avantage concurrentiel pour faire évoluer un photosystème radicalement différent (c'est-à-dire impliquant des pigments absorbant le vert).

Ainsi, les plantes terrestres continuent d'absorber la lumière bleue et rouge et reflètent le vert. Parce que la lumière verte atteint si abondamment la Terre, la lumière verte reste le pigment le plus fortement réfléchi sur les plantes, et les plantes continuent d'apparaître vertes.

  • (Cependant, notez que d'autres organismes tels que les oiseaux et les insectes voient probablement les plantes très différemment parce que leurs yeux peuvent distinguer les couleurs différemment et qu'ils voient davantage la lumière UV fortement réfléchie que les nôtres ne le peuvent pas).

Le biologiste John Berman a émis l'opinion que l'évolution n'est pas un processus d'ingénierie et qu'elle est donc souvent soumise à diverses limitations qu'un ingénieur ou autre concepteur n'est pas. Même si les feuilles noires étaient meilleures, les limites de l'évolution peuvent empêcher les espèces de grimper jusqu'au plus haut sommet absolu du paysage de fitness. Berman a écrit qu'il pourrait être très difficile d'obtenir des pigments qui fonctionnent mieux que la chlorophylle. En fait, toutes les plantes supérieures (embryophytes) auraient évolué à partir d'un ancêtre commun qui est une sorte d'algue verte - l'idée étant que la chlorophylle n'a évolué qu'une seule fois. (référence)

Les plantes et autres organismes photosynthétiques sont en grande partie remplis de complexes pigments-protéines qu'ils produisent pour absorber la lumière du soleil. La part du rendement de la photosynthèse qu'ils y investissent doit donc être proportionnelle. Le pigment de la couche inférieure doit recevoir suffisamment de lumière pour récupérer ses coûts énergétiques, ce qui ne peut pas se produire si une couche supérieure noire absorbe toute la lumière. Un système noir ne peut donc être optimal que s'il ne coûte rien (référence).

La lumière rouge et jaune est une lumière de longueur d'onde plus longue, une lumière d'énergie inférieure, tandis que la lumière bleue est une énergie plus élevée. Il semble étrange que les plantes récoltent la lumière rouge à faible énergie au lieu de la lumière verte à plus haute énergie, à moins que vous ne considériez que, comme toute vie, les plantes ont d'abord évolué dans l'océan. L'eau de mer absorbe rapidement la lumière bleue et verte à haute énergie, de sorte que seule la lumière rouge à plus faible énergie et à plus longue longueur d'onde peut pénétrer dans l'océan. Étant donné que les premières plantes et la plupart des plantes d'aujourd'hui vivaient dans l'océan, l'optimisation de leurs pigments pour absorber les rouges et les jaunes présents dans l'eau de mer était la plus efficace. Alors que la capacité de capturer la lumière bleue la plus énergétique a été conservée, l'incapacité à récolter la lumière verte semble être une conséquence de la nécessité de pouvoir absorber la plus faible énergie de la lumière rouge (référence).

Quelques spéculations supplémentaires sur le sujet : (référence)


Il y a plusieurs parties à ma réponse.

Premièrement, l'évolution a sélectionné le(s) système(s) actuel(s) sur d'innombrables générations par sélection naturelle. La sélection naturelle dépend des différences (majeures ou mineures) dans l'efficacité des diverses solutions (fitness) à la lumière (ho ho!) de l'environnement actuel. C'est ici que le spectre de l'énergie solaire est important ainsi que les variables environnementales locales telles que l'absorption de la lumière par l'eau, etc., comme l'a souligné un autre intervenant. Après tout cela, ce que vous avez est ce que vous avez et qui s'avère être (dans le cas des plantes vertes typiques), les chlorophylles A et B et les réactions « claires » et « sombres ».

Deuxièmement, comment cela conduit-il à des plantes vertes qui semblent vertes ? L'absorption de la lumière est quelque chose qui se produit au niveau atomique et moléculaire et implique généralement l'état énergétique d'électrons particuliers. Les électrons de certaines molécules sont capables de passer d'un niveau d'énergie à un autre sans quitter l'atome ou la molécule. Lorsqu'une énergie d'un certain niveau frappe la molécule, cette énergie est absorbée et un ou plusieurs électrons se déplacent vers un niveau d'énergie plus élevé dans la molécule (conservation de l'énergie). Ces électrons avec une énergie plus élevée retournent généralement à "l'état fondamental" en émettant ou en transférant cette énergie. L'énergie peut être émise sous forme de lumière dans un processus appelé fluorescence. La deuxième loi de la thermodynamique (qui rend impossible les machines à mouvement perpétuel) conduit à l'émission de lumière de plus faible énergie et de plus grande longueur d'onde. (n.b. la longueur d'onde (lambda) est inversement proportionnelle à l'énergie ; la lumière rouge à grande longueur d'onde a moins d'énergie par photon que le violet à courte longueur d'onde (ROYGBIV comme on le voit dans votre arc-en-ciel ordinaire)).

Quoi qu'il en soit, les chlorophylles A et B sont des molécules organiques complexes (C, H, O, N avec une touche de Mg++) avec une structure en anneau. Vous constaterez que de nombreuses molécules organiques qui absorbent la lumière (et sont également fluorescentes) ont une structure en anneau dans laquelle les électrons « résonnent » en se déplaçant facilement autour de l'anneau. C'est la résonance des électrons qui détermine le spectre d'absorption d'une molécule donnée (entre autres). Consultez l'article Wikipedia sur la chlorophylle pour le spectre d'absorption des deux chlorophylles. Vous remarquerez qu'ils absorbent mieux aux courtes longueurs d'onde (bleu, indigo, violet) ainsi qu'aux grandes longueurs d'onde (rouge, orange, jaune) mais pas dans le vert. Comme ils n'absorbent pas les longueurs d'onde vertes, c'est ce qui reste et c'est ce que votre œil perçoit comme la couleur de la feuille.

Enfin, qu'arrive-t-il à l'énergie du spectre solaire qui a été temporairement absorbée par les électrons de la chlorophylle ? Comme cela ne fait pas partie de la question d'origine, je vais faire court (excuses aux physiologistes des plantes). Dans la « réaction dépendante de la lumière », les électrons énergétiques sont transférés à travers un certain nombre de molécules intermédiaires pour éventuellement « diviser » l'eau en oxygène et en hydrogène et générer des molécules riches en énergie d'ATP et de NADPH. L'ATP et le NADPH sont ensuite utilisés pour alimenter la "réaction indépendante de la lumière" qui prend le CO2 et le combine avec d'autres molécules pour créer du glucose. Notez que c'est ainsi que vous obtenez du glucose (au moins éventuellement sous une forme, végétalienne ou non) pour manger et de l'oxygène pour respirer.

Regardez ce qui se passe lorsque vous découplez artificiellement les chlorophylles du système de transfert qui conduit à la synthèse du glucose. http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll_fluorescence Remarquez la couleur de la fluorescence sous lumière UV !

Alternatives ? Regardez les bactéries photosynthétiques.


Tobias Keinzler explique bien pourquoi les plantes noires ne fonctionneraient pas, c'est une explication de la raison pour laquelle les plantes sont vert et pas une autre couleur.

La couleur du feuillage est basée sur la couleur des bactéries (ou archées) qui s'incorporent pour devenir des chloroplastes. Ou plus précisément la couleur de leurs pigments absorbant la lumière. il existe dans la nature une vaste gamme de couleurs dans les organismes photosynthétiques, les plantes sont vertes parce que la chlorophylle est verte, elle aurait tout aussi bien pu être rouge ou violette. http://www.ucmp.berkeley.edu/glossary/gloss3/pigments.html

Il existe des preuves décentes que les ancêtres des chloroplastes absorbent les marges du spectre visible parce que les halobactéries absorbent les principaux constituants, car les utilisateurs de chlorophylle n'ont pas rivalisé avec eux directement au lieu d'absorber la lumière restante. Ce n'est que plus tard, lorsqu'elles ont été incorporées dans des cellules plus grandes, qu'elles ont fini par dominer et finalement donner naissance à des plantes. Les plantes ne sont pas vertes parce que le vert est meilleur, les plantes sont vertes parce que c'est le premier pigment photosynthétique efficace à évoluer qui n'a pas rivalisé avec le photosynthétiseur dominant.


La photosynthèse dans les feuilles qui ne sont pas vertes

R : La photosynthèse (qui signifie littéralement « la lumière réunie ») est ce processus chimique très élégant qui a donné le coup d'envoi à la vie telle que nous la connaissons il y a environ 4 milliards d'années. Donc, pour répondre à votre question, nous aurons besoin d'une courte leçon de chimie. Fondamentalement, six molécules d'eau (H2O) plus six molécules de dioxyde de carbone (CO2) en présence d'énergie lumineuse produisent une molécule de sucre glucose (C6H12O6) et émettent six molécules d'oxygène (O2) comme sous-produit. Cette molécule de sucre dirige le monde vivant. Les animaux mangent des plantes, puis respirent de l'oxygène, qui est utilisé pour métaboliser le sucre, libérant l'énergie solaire stockée dans le glucose et dégageant du dioxyde de carbone comme sous-produit. C'est la vie, en un mot.

Toutes les plantes photosynthétiques ont une molécule de pigment appelée chlorophylle. Cette molécule absorbe la majeure partie de l'énergie de la partie violet-bleu et rouge-orange du spectre lumineux. Il n'absorbe pas le vert, de sorte que cela se reflète dans nos yeux et nous voyons la feuille comme verte. Il existe également des pigments accessoires, appelés caroténoïdes, qui captent l'énergie non absorbée par la chlorophylle. Il existe au moins 600 caroténoïdes connus, divisés en xanthophylles jaunes et carotènes rouges et oranges. Ils absorbent la lumière bleue et apparaissent jaune, rouge ou orange à nos yeux. L'anthocyanine est un autre pigment important qui n'est pas directement impliqué dans la photosynthèse, mais il donne aux tiges rouges, aux feuilles, aux fleurs ou même aux fruits leur couleur.

De nombreuses plantes sont sélectionnées comme ornementales car de leurs feuilles rouges - buisson de fumée pourpre et prunes japonaises et quelques érables japonais, pour n'en nommer que quelques-uns. De toute évidence, ils parviennent à survivre assez bien sans feuilles vertes. À faible luminosité, les feuilles vertes sont les plus efficaces pour la photosynthèse. Par une journée ensoleillée, cependant, il n'y a pratiquement aucune différence entre la capacité des feuilles rouges et vertes à piéger l'énergie du soleil. J'ai remarqué la présence de rouge dans les nouvelles feuilles de nombreuses plantes de la Bay Area ainsi que dans de nombreuses espèces tropicales. Les anthocyanes rouges empêchent apparemment les dommages causés aux feuilles par l'énergie lumineuse intense en absorbant la lumière ultraviolette. Il existe également des preuves que des composés désagréables au goût sont souvent produits avec des anthocyanes, ce qui peut être le moyen utilisé par la plante pour faire connaître sa toxicité aux herbivores potentiels. Ainsi, les plantes à feuilles rouges bénéficient d'une petite protection contre la lumière ultraviolette et envoient un avertissement aux ravageurs mangeurs de feuilles, mais elles perdent un peu d'efficacité photosynthétique dans une lumière plus faible.

Les botanistes s'interrogent sur les feuilles rouges par rapport aux feuilles vertes depuis 200 ans et il reste encore beaucoup de recherches à faire dans ce domaine. Alors tu es en bonne compagnie, Paul.


Comment une plante à feuilles rouges se maintient-elle sans chlorophylle verte ?

UNE. Certaines plantes parasites manquent totalement de chlorophylle et volent les produits de la photosynthèse à leurs hôtes verts, a déclaré Susan K. Pell, directrice scientifique du Brooklyn Botanic Garden. D'autres plantes, comme un arbre à feuilles rouges, ont beaucoup de chlorophylle, mais la molécule est masquée par un autre pigment.

La chlorophylle absorbe la lumière rouge et bleue, « réfléchissant et apparaissant ainsi verte », a déclaré le Dr Pell. La chlorophylle utilise cette énergie électromagnétique, ainsi que le dioxyde de carbone et l'eau, pour fabriquer du glucose et de l'oxygène.

La plupart des plantes ont également d'autres pigments : les caroténoïdes, qui apparaissent généralement jaunes à orange, et les anthocyanes, qui sont rouges à violets. Un pigment domine généralement. Ainsi, une plante aux feuilles rouges contient probablement des quantités d'anthocyanes plus élevées que d'habitude, a déclaré le Dr Pell. Mais la chlorophylle est toujours présente et à l'œuvre.

"Nous pensions que tous les changements de couleur du feuillage d'automne résultaient de la révélation de caroténoïdes et d'anthocyanes déjà présents lorsque la chlorophylle était décomposée en vue de la dormance", a-t-elle déclaré. Nous savons maintenant que les feuilles produisent en fait des anthocyanes supplémentaires jusqu'à un âge avancé, a-t-elle déclaré.

Les avantages évolutifs ne sont pas entièrement compris, a déclaré le Dr Pell. Une théorie est que les anthocyanes supplémentaires fournissent de l'ombre sous laquelle les chloroplastes (structures à l'intérieur des cellules) peuvent décomposer leur chlorophylle, aidant la plante à réabsorber ses éléments constitutifs, en particulier l'azote précieux. Une autre théorie est que les anthocyanes, qui sont de puissants antioxydants, protègent les plantes en prévision de l'hiver.


Vert printanier : pourquoi les nouvelles feuilles ont-elles une couleur plus claire ?

(Inside Science) -- Le printemps est maintenant officiellement arrivé dans l'hémisphère nord. Déjà, de nombreux feuillus sortent de leur torpeur hivernale et s'apprêtent à déployer de nouveaux folioles délicats.

"Dans les semaines à venir, nous allons certainement commencer à avoir des verts brillants, jusqu'à un vert sauge", a déclaré Carrie Andresen, garde-parc au Catoctin Mountain Park, dans le nord du Maryland. Les forêts du parc contiennent des chênes, des érables, des caryers, des peupliers tulipes et d'autres arbres.

En général, le vert des feuilles printanières est plus frais et plus clair que les teintes verdoyantes profondes de la canopée mature de l'été.

Les raisons, disent les scientifiques, ont à voir avec la façon dont le feuillage se développe. Les chloroplastes des jeunes folioles - la partie de la plante qui contient le pigment vert chlorophylle - sont encore en développement, de sorte que les feuilles ont tendance à être plus claires. Les nouvelles feuilles sont également plus minces, avec moins de couches cireuses ou dures qui peuvent assombrir la couleur verte.

Lorsque les feuilles commencent à mûrir, elles commencent à produire des pigments supplémentaires. Certaines de ces molécules peuvent donner aux feuilles les couleurs jaune et rouge que vous voyez à l'automne.

Les feuilles plus jeunes ont généralement moins de pigments accessoires, de sorte que le vert de la chlorophylle présente n'est pas masqué, a déclaré Gregory Moore, phytologiste à l'Université de Melbourne en Australie. C'est une autre raison pour laquelle le vert printanier peut paraître plus brillant, a-t-il déclaré.

Cependant, certaines nouvelles feuilles, comme celles de l'érable rouge, sont généralement teintées de rouge au printemps. En effet, beaucoup de sucre est pompé dans les petites feuilles jeunes pour alimenter leur croissance, et le sucre est parfois converti en pigment rouge anthocyane et stocké dans la feuille, lui donnant un aspect rougeâtre, a expliqué Moore. À mesure que les feuilles mûrissent, l'anthocyanine supplémentaire est métabolisée et les feuilles deviennent vertes.

La teinte rougeâtre peut avoir un avantage supplémentaire pour la jeune plante : une protection contre les dommages causés par le soleil, a déclaré Susan Ustin, écologiste de l'Université de Californie à Davis.

Ustin a étudié la façon dont le feuillage apparaît aux caméras montées sur des avions, des drones ou même des satellites dans l'espace. En plus de la lumière visible, ces caméras peuvent souvent « voir » la lumière dans la partie infrarouge du spectre, au-delà de ce que les yeux humains peuvent détecter. Les feuilles des plantes réfléchissent fortement la lumière proche infrarouge, de sorte que ces informations supplémentaires aident les scientifiques à estimer le type et la densité de la végétation sur des images parfois prises à des centaines de kilomètres de distance.

Ustin a déclaré qu'une caméra à distance surveillant un champ agricole, où les plantes sont généralement toutes d'une même espèce, pourrait être en mesure de détecter les subtils changements de pigments qui se produisent du printemps à l'été.

À une échelle encore plus grande, les satellites de la NASA ont capturé le printemps « vert » sur des étendues géantes de la Terre, montrant, par exemple dans ces images de 2006 de la région de la baie de Chesapeake (illustrées à droite), comment une zone avec seulement un saupoudrage de le vert clair en avril se transforme en un paysage luxuriant peint de touches d'un vert profond en juillet.

Le changement de couleur montré sur les images est probablement principalement dû à l'augmentation du nombre et de la taille des feuilles des arbres à mesure que le printemps progresse, ainsi qu'au développement des cultures dans les champs agricoles entre les parcelles forestières, a déclaré Jeff Masek, scientifique à la NASA. Goddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland, spécialisé dans l'imagerie satellitaire de la végétation.

Les futurs satellites pourraient transporter des caméras capables de capturer une image plus précise de la chimie des feuilles, a déclaré Masek. Alors qu'une caméra couleur normale comme celle de votre téléphone ne collecte que 3 canaux de lumière (rouge, vert et bleu), les caméras dites hyperspectrales peuvent capturer des centaines de canaux différents à travers le spectre électromagnétique. Des caméras hyperspectrales ont été déployées dans des avions et envoyées à la Station spatiale internationale, et la NASA travaille sur des plans pour un satellite doté de capacités d'imagerie hyperspectrale qui pourrait être lancé au cours de la prochaine décennie.

Les caméras peuvent recueillir une multitude de données sur la santé et la diversité des plantes, a déclaré Phil Townsend, biologiste à l'Université du Wisconsin-Madison qui utilise l'imagerie à distance pour étudier le fonctionnement des écosystèmes. Un satellite avec imagerie hyperspectrale pourrait mesurer les pigments et la structure des feuilles des plantes, surveiller les composés azotés dans les plantes ou détecter la présence de molécules, telles que les composés que certaines plantes utilisent pour se défendre contre les insectes, invisibles à l'œil humain. Toutes ces informations peuvent aider à répondre à des questions sur la biologie végétale à grande échelle, telles que la santé des forêts ou des champs entiers, ou la qualité des échanges de nutriments, d'eau et de gaz comme le dioxyde de carbone et l'oxygène avec l'environnement et l'atmosphère. .

De retour à une échelle plus personnelle, les visiteurs du parc de la montagne Catoctin ont une vue rapprochée de la végétation printanière, a déclaré Andresen. "C'est ce sentiment d'évasion, comme les animaux qui sortent de l'hibernation. En tant qu'humains, nous échappons à la fièvre de la cabine, nous voulons sortir sur les sentiers et vraiment découvrir les changements."

Elle a dit qu'en plus des couleurs délicates des feuilles émergentes, le printemps est marqué par sa diversité de teintes, du vert vibrant de la mousse aux fleurs rouges des arbres à boutons rouges. Le parc offre aux visiteurs la possibilité d'emprunter des lunettes spéciales conçues pour améliorer la distinction entre les couleurs rouge et verte pour certaines personnes daltoniennes. "Le printemps et l'automne semblent être les périodes les plus populaires pour que les gens les consultent en raison de la différence de couleurs vives pendant ces périodes de l'année", a-t-elle déclaré.


Pourquoi certaines plantes ne sont-elles pas vertes ?

Bien que les plantes soient généralement considérées comme vertes, certaines ne le sont pas. Si une plante apparaît d'une autre couleur, comme le rouge, ce n'est pas forcément parce que la plante ne contient pas de chlorophylle. D'autres pigments peuvent recouvrir le pigment vert, faisant apparaître la plante d'une couleur différente. Dans ce cas, la plante est toujours une autotrophe (auto-alimentée), utilisant la photosynthèse pour générer de l'énergie. Cependant, la teinte de la chlorophylle est juste masquée.

Il existe également des plantes qui ne contiennent pas de chlorophylle et qui n'apparaissent donc pas non plus vertes. Ces plantes sont appelées hétérotrophes, ce qui signifie « autre alimentation ». Comme leur nom l'indique, ils ne peuvent pas fabriquer leur propre nourriture et obtiendront les nutriments d'autres plantes ou se nourriront de champignons. 

Exemples de plantes non vertes :


Pourquoi les plantes sont-elles vertes ? Pour réduire le bruit dans la photosynthèse.

Les plantes terrestres sont vertes parce que leurs pigments photosynthétiques réfléchissent la lumière verte, même si ces longueurs d'onde contiennent le plus d'énergie. Les scientifiques comprennent enfin pourquoi.

Olena Shmahalo/Quanta Magazine

Rodrigo Pérez Ortega

Des grands arbres de la jungle amazonienne aux plantes d'intérieur en passant par les algues de l'océan, le vert est la couleur qui règne sur le règne végétal. Pourquoi vert, et pas bleu ou magenta ou gris ? La réponse simple est que bien que les plantes absorbent presque tous les photons dans les régions rouge et bleue du spectre lumineux, elles n'absorbent qu'environ 90 % des photons verts. S'ils en absorbaient plus, ils seraient noirs à nos yeux. Les plantes sont vertes parce que la petite quantité de lumière qu'elles reflètent est de cette couleur.

Mais cela semble un gaspillage insatisfaisant car la majeure partie de l'énergie rayonnée par le soleil se trouve dans la partie verte du spectre. Pressés d'expliquer davantage, les biologistes ont parfois suggéré que le feu vert pourrait être trop puissant pour que les plantes puissent l'utiliser sans nuire, mais la raison n'a pas été claire. Even after decades of molecular research on the light-harvesting machinery in plants, scientists could not establish a detailed rationale for plants’ color.

Recently, however, in the pages of Science, scientists finally provided a more complete answer. They built a model to explain why the photosynthetic machinery of plants wastes green light. What they did not expect was that their model would also explain the colors of other photosynthetic forms of life too. Their findings point to an evolutionary principle governing light-harvesting organisms that might apply throughout the universe. They also offer a lesson that — at least sometimes — evolution cares less about making biological systems efficient than about keeping them stable.

The mystery of the color of plants is one that Nathaniel Gabor, a physicist at the University of California, Riverside, stumbled into years ago while completing his doctorate. Extrapolating from his work on light absorption by carbon nanotubes, he started thinking of what the ideal solar collector would look like, one that absorbed the peak energy from the solar spectrum. “You should have this narrow device getting the most power to green light,” he said. “And then it immediately occurred to me that plants are doing the opposite: They’re spitting out green light.”

In 2016, Gabor and his colleagues modeled the best conditions for a photoelectric cell that regulates energy flow. But to learn why plants reflect green light, Gabor and a team that included Richard Cogdell, a botanist at the University of Glasgow, looked more closely at what happens during photosynthesis as a problem in network theory.

The first step of photosynthesis happens in a light-harvesting complex, a mesh of proteins in which pigments are embedded, forming an antenna. The pigments — chlorophylls, in green plants — absorb light and transfer the energy to a reaction center, where the production of chemical energy for the cell’s use is initiated. The efficiency of this quantum mechanical first stage of photosynthesis is nearly perfect — almost all the absorbed light is converted into electrons the system can use.

But this antenna complex inside cells is constantly moving. “It’s like Jell-O,” Gabor said. “Those movements affect how the energy flows through the pigments” and bring noise and inefficiency into the system. Quick fluctuations in the intensity of light falling on plants — from changes in the amount of shade, for example — also make the input noisy. For the cell, a steady input of electrical energy coupled to a steady output of chemical energy is best: Too few electrons reaching the reaction center can cause an energy failure, while “too much energy will cause free radicals and all sorts of overcharging effects” that damage tissues, Gabor said.

Gabor and his team developed a model for the light-harvesting systems of plants and applied it to the solar spectrum measured below a canopy of leaves. Their work made it clear why what works for nanotube solar cells doesn’t work for plants: It might be highly efficient to specialize in collecting just the peak energy in green light, but that would be detrimental for plants because, when the sunlight flickered, the noise from the input signal would fluctuate too wildly for the complex to regulate the energy flow.

Instead, for a safe, steady energy output, the pigments of the photosystem had to be very finely tuned in a certain way. The pigments needed to absorb light at similar wavelengths to reduce the internal noise. But they also needed to absorb light at different rates to buffer against the external noise caused by swings in light intensity. The best light for the pigments to absorb, then, was in the steepest parts of the intensity curve for the solar spectrum — the red and blue parts of the spectrum.

The model’s predictions matched the absorption peaks of chlorophyll une et b, which green plants use to harvest red and blue light. It appears that the photosynthesis machinery evolved not for maximum efficiency but rather for an optimally smooth and reliable output.

Cogdell wasn’t fully convinced at first that this approach would hold up for other photosynthetic organisms, such as the purple bacteria and green sulfur bacteria that live underwater and are named for the colors their pigments reflect. Applying the model to the sunlight available where those bacteria live, the researchers predicted what the optimal absorption peaks should be. Once again, their predictions matched the activity of the cells’ pigments.

“When I realized how fundamental this was, I found myself looking in the mirror and thinking: How could I be so dumb not to think about this before?” Cogdell said.

(There are plants that don’t appear green, like the copper beech, because they contain pigments like carotenoids. But those pigments are not photosynthetic: They typically protect the plants like sunscreen, buffering against slow changes in their light exposure.)

“It was extraordinarily impressive, I think, to explain a pattern in biology with an incredibly simple physical model,” said Christopher Duffy, a biophysicist at Queen Mary University of London, who wrote an accompanying commentary on the model for Science. “It was nice to see a theoretically led work that understands and promotes the idea that it is robustness of the system that seems to be the evolutionary driving force.”

Researchers hope the model can be used to aid in the design of better solar panels and other solar devices. Although the efficiency of photovoltaic technology has advanced considerably, “I would say it’s not a solved problem in terms of robustness and scalability, which is something that plants have solved,” said Gabriela Schlau-Cohen, a physical chemist at the Massachusetts Institute of Technology.

Gabor has also set his mind on someday applying the model to life beyond Earth. “If I had another planet and I knew what its star was like, could I guess what photosynthetic life might look like?” Il a demandé. In the code of his model — which is publicly available — there is an option to do exactly that with any selected spectrum. For now, the exercise is purely hypothetical. “In the next 20 years, we probably will have enough data on an exoplanet to be able to [answer] that question,” Gabor said.


Why Do Different Plants Have Different Shades Of Green?

However, these aren&rsquot the only light-harvesting pigments present in leaves. To a much lesser degree, pigments that color orange, red, and yellow are also present in leaves, but they play a secondary role to chlorophyll. Carotenoids and xanthophyll are only two others of the numerous pigments within leaves that capture the energy of the sun. Carotenoids give vibrant orange and yellow hues. They are the pigments that give carrots their iconic orange. Xanthophylls are the reason sunflowers have such sunny yellow petals, as well as reds and oranges of various other fruits and vegetables.

The different concentrations of these pigment will dictate the color of green in the plants around us. The different types and amounts of pigment in different species of plant can reflect their evolutionary roots and reveal information about the plant&rsquos habitat, its nutritional status and needs, and its age.


Questions de révision

Multiple Choice Question

1. Tick (✓) the appropriate answer:

(i) Identify the plant which has compound leaves:
(a) Banana
(b) Banyan
(c) Mango
(d) Rose

(ii) Which one of the following is not an insectivorous plant—
(a) Pitcher plant
(b) Venus flytrap
(c) Bladderwort
(d) Cactus

(iii) This leaf shows parallel venation:
(a) Banana
(b) Mango
(c) Banyan
(d) Guava

(iv) The point on the stem from where the leaf arises is:
(a) Petiole
(b) Lamina
(c) Node
(d) Trunk

(v) Which one of the following is essential for photosynthesis:
(a) Carbon dioxide
(b) Azote
(c) Oxygen
(d) Soil

Question 2.

Name the following:Réponse :

  1. The part of the plant which grows under the ground: racine
  2. The part of the plant which grows above the soil: tirer

Question 3.


Faites la différence entre les éléments suivants :

(i) Tap root and Fibrous root
Réponse :
Tap root

  1. This root has one main primary root with many side secondary roots.
  2. It is found in dicot plants.
  3. par exemple. mango, pea

Racine fibreuse

  1. These roots are clusters of same thickness and size, arising from the base of the stem.
  2. It is found in monocot plants,
  3. par exemple. maize, wheat

(ii) Simple Leaf and compound leaf
Réponse :
Feuille simple

  1. The Lamina is uni divided and is a single piece.
  2. Exemple : mango,banana, banyan, etc.

Feuille composée

  1. The leaf blade or lamina is divided into smalled units called leaflets.
  2. Example is rose.

(iii) Parallel venation and reticulate venation
Réponse :
Parallel Venation

  1. In this type of venation,veins and veinlets are irregularly distributed in the lamina, forming a network.
  2. Examples are peepal, mango and guava leaves.

nervation réticulée

  1. In this type of venation, veins are parallel to each other.
  2. Examples are banana, grass and wheat leaves.

Question 4.


What are the four functions of the roots ?
Réponse :
The root serves the following functions :

  1. It fixes the plant in the soil.
  2. Absorbs water and minerals from the soil for the entire plant.
  3. It acts as a storage part for food materials for certain plants.
  4. It binds the soil together so that it does not get washed away during rain or blown over by the wind.

Question 5.


Mention the functions of the following :

(i) Spines
(ii) Tendril
(iii) Scale leaves
Réponse :
(je) Spines—The leaves may be modified to form spines to reduce water loss by transpiration in desert plants.
(ii) Tendril — The stem may occur in the form of their thread – like leafless branch called tendril. It has the ten-dency to coil around any object and help the plant to climb it
(iii) Scale leaves — Scale leaves are present in some plants like onion and ginger. They are thin and dry or thick and fleshy and their function is to protect buds.

Question 6.


Define venation. What are the different types of ve-nation found in the leaves ?
Réponse :
Venation: Arrangement of pattern of veins in a lanuina is called venation.
It is mainly of two types :

  1. Reticulate venation : Veins and veinlets are irregularly distributed in the lamina forming a network.
    Exemple: mango, guava.
  2. Parallel venation: Veins run parallel to each other
    Exemple: Banana, grass, wheat

Question 7.


Describe the modifications of leaf in any one insec-tivorous plant.
Réponse :
Modification of leaves in Venus flytrap (an insectivorous plant)
The leaves of Venus flytrap have long pointed hair. It is divided into two parts having midrib in between like a hinge. When an insect visits the leaf, it closes its two parts and traps the insect. The insect is then digested by secreting digestive juices.

Question 8.


Write the two main functions of leaves.
Réponse :
The two main functions of leaves are –

  1. Photosynthesis – Green leaves contain chlorophyll which, in presence of sunlight, manufacture food using carbon-dioxide and water.
  2. Transpiration – Surface of leaves have minute pores which help in loss of water by evaporation. It has cooling effect making roots absorb more water due to suction.

Question 9.

What is the modification seen in the Bryophyllum. Expliquer.
Réponse :

  1. Bryophyllum is a plant whose leaves produce adventitious buds in their margin.
  2. The adventitious buds grow into new plants when they fall off from the parent plant.

Question 10.


Define:
(i) Photosynthesis
(ii) Tranpiration
Réponse :
(je) Photosynthesis — The process by which plant leaf prepares or synthesises food from water and carbon dioxide in the presence of chlorophyll and sunlight is called photosynthesis.
(ii) Tranpiration — This is the process by which there is a loss of water in the form of vapour by evaporation from the surface of leaves. It has cooling effect, it causes suction force to make roots absorb more water with mineral ions.

Question 11.


Name the wide flat portion of the leaf
Réponse :
The green, flat and broad part of the leaf is called ‘lamina’ or ‘leaf blade’.

Question 12.


What purpose is served by the spines horned on the leaves of cactus.
Réponse :
Leaves are modified into spines to reduce water loss, like cactus. In prickly poppy, leaves bear spines on the margin.

Question 13.


Explain why leaf survival is so important to the plant?
Réponse :
Because they perform two main function of photosynthesis and transpiration.

Question 14.

Give an example of the following and draw generalized diagrams for the same:
(i) Simple leaf and compound leaf.
(ii) Parallel venation and reticular venation.
Réponse :
(i) Simple leaf and compound leaf.

  1. Simple leaf: In a simple leaf, the lamina is undivided and is a single piece, e.g., mango, banana, banyan, etc.
  2. Compound leaf: In a compound leaf, the leaf blade or lamina is divided into smaller units called leaflets e.g., rose.

(ii) Parallel venation and reticular venation.

  1. venation (Parallel ): In this type of venation, veins run and
    parallel to each other, e.g., banana, grass, maize and wheat leaves (monocot plants).
  2. Reticulate venation: In this type of venation, veins and veinlets are irregularly distributed in the lamina, forming a network, e.g. peepal, mango and guava leaves (dicot plants).

Question 15.

In list some of the advantages of transpiration to green plants.
Réponse :
It helps to maintain the concentration of the sap inside the plant body:
The roots continue to absorb water from the soil. If excess water does not evaporate through transpiration, the sap will become dilute, preventing further absorption of water and minerals from the soil.

Cooling effect: In transpiration, water gets evaporated from the plant. The heat required for evaporation of water is obtained from the plant itself and thus, the plant cools itself when it is hot outside.

Question 16.

Why do some plants have to trap insects ?
Réponse :
Insectivorous plants trap insect because they grow in a soil which is deficient in nitrogen and insects help in fulfilling the nitrogen requirement of plants.

Question 17.


Explain some of the modifications of leaves found in plants.
Réponse :
Sometimes, the complete leaf or a part of the leaf is modified to perform a special function.
Some of these modifications include:

  1. Leaf tendril: In case of certain weak stemmed plants, leaves or leaflets are modified into wiry, coiled structures called tendrils. They are sensitive to touch. As they touch any object, they coil around it and support the plant to climb up. Eg., Sweet pea (upper leaflets are modified into tendrils).
  2. Spines: Leaves are modified into spines to reduce water loss, like cactus. In prickly poppy, leaves bear spines on the margin.
  3. Scale leaves: In some plants, like onion and ginger, thin and dry or thick and fleshy scale leaves are present.Their function is to protect buds.

Question 18.


What is a tendril ? Explain its use to the plant.

Réponse :
A tendril is a specialized stem, leave or petrole with a thread like shop. They are sensitive to touch. As they touch any object, they coil around it and support the plant to climb up. Example : Sweet pea (upper leaflets are modified into tendrils).

Question 19.

Complete the cross word using the clues given below. Check your performance with the correct solutions given at the end of the chapter.


Nutrient Deficiencies

Too little nitrogen will cause a pepper plant's oldest leaves to turn yellow while the leaves on the rest of the plant may turn light green. Too little iron, manganese, molybdenum or zinc can also cause a lightening or yellowing of pepper leaves. Working a few inches of well-rotted compost, aged manure or another organic soil amendment into the site before planting, and side-dressing the plants with nitrogen several weeks after transplanting, will help to prevent nutrient deficiency problems. You may also need to use a supplemental micronutrient fertilizer. A soil or leaf test is the best way to determine with certainty that a nutrient deficiency is responsible for the pepper plant's light green color.


Meaning of Chlorophyll

Chlorophyll refers to a light-absorbing pigment molecule that reflects a green colour to the chloroplast containing tissues by absorbing light of longer wavelength (red) and light of shorter wavelength (blue) of the electromagnetic spectrum. Chlorophylls are significantly of two kinds, namely chlorophyll-a, et b. These two pigments differ by having different side-chain composition and the distinct absorption tendency.

  • Chlorophyll-a consists of a methyl group (CH3) in the side chain and tends to absorb more red light of the visible spectrum.
  • Chlorophyll-b consists of the aldehyde group (CHO) in the side chain and tends to absorb more violet-blue light of the visible spectrum.

Histoire

Year of discoveryDiscovererDécouverte
1817Joseph Bienaime Caventou and Pierre Joseph PelletierIsolated and termed “Chlorophyll”
1864StokesThrough spectroscopy, demonstrated that chlorophyll is a mixture of two components (Chl-a and b)
1906-The presence of magnesium in chlorophyll has been detected
1906-1915Richard WillstatterIntroduced general structure of chlorophyll
1940Hans FischerIntroduced the structure of chlorophyll-a
1960Robert Burns WoodwardIntroduced synthesis of chlorophyll-a
1967Lan FlemingStudied the remaining stereochemical elucidation
1990Woodward and Co-authorsPublished an updated synthesis of chlorophyll
2010-Presence of chlorophyll-f has been detected in cyanobacteria

Why is Chlorophyll green?

Chlorophyll is a green pigment, which absorbe red and blue spectrum of the visible light and transmits green léger. Due to the reflection of green light, all the chlorophyll-containing tissues or organelles appear green-coloured. Green colour of the leaves and stems is also due to this chlorophyll pigment.

Structure of Chlorophyll

A typical composition of chlorophyll comprises of a porphyrin head and a long phytol tail. Chlorophyll is a chelating ligand, which includes a central metal ion attached to the complex organic compound containing a mixture of carbon, nitrogen and hydrogen elements.

The structure of chlorophyll is characterized by:

  • The presence of magnesium (Mg 2+ ) as a central metal ion.
  • A varying chaîne latérale.
  • The presence of an extra fifth ring or isocyclic ring, fixed to the porphyrin head.


Porphyrin Head

It typically includes four pyrrole rings fixed to the coordinated central metal and called “Tetrapyrroles”. The first pyrrole ring is substituted with the side chain differing in both the chlorophyll pigments. Both the chlorophyll pigments, i.e. chl-a and b have a different side chain, CH3 and CHO respectively.

The porphyrin ring has a square planar arrangement, where the four nitrogen atoms join the four pyrrole rings to the central magnesium ion. Besides plants, the porphyrin ring also exists in haemoglobin and vitamin-B12 molecules that have a different central atom like iron and cobalt, respectively.

To the base of the porphyrin ring, an extra isocyclic ring is present. Porphyrin ring is a stable ring, around which an electron can migrate freely. It results in a high tendency of porphyrin ring to gain or lose electrons.

Phytol Tail

It associates with the porphyrin head via ester. Il fait référence au unsaturated hydrocarbon chain that contains 39 H-atoms and 20 C-atoms with two C-C double bonds.

A phytol chain is composed of four isoprene units with a chemical name (2-methyl-1, 3-butadiene). One isoprene unit has a molecular formula C5H8, as it consists of five carbon atoms and eight hydrogen atoms.

Types of Chlorophyll in Plants

Chlorophyll-a et Chlorophyll-b are the two pigments that are commonly present in the plants.

Chl-a serves as the primary light-absorbing pigment. Oppositely, chl-b works as an accessory pigment. Both the pigments absorb light of certain wavelength from the incoming white light emitted by the sun.

White light includes seven different colours like violet, indigo, blue, green, yellow, orange and red that we call “VIBGYOR”. Violet, blue, red and orange light are generally absorbed from the visible white light.

Chl-a shows great absorbencies towards the light of the red and orange spectrum, while chl-b shows great absorbencies towards the light of the violet and blue spectre. Chlorophyll-a is a universal pigment present in all oxygenic photosynthetic organisms, while chlorophyll-b is ubiquitous in higher plants and some algae. In plant chlorophylls are embedded in the sac-like thylakoid membrane.

A thylakoid membrane involves many light-absorbing and accessory pigments that collectively form a Photosystem. Un antenne ou complexe de récolte de lumière plus an active reaction centre consititute a photosystem. Chl-a is a primary pigment that absorbs the light energy (photons) from the sun (carries a bundle of photons) and passes it to the other pigment molecules till it outreaches a reaction centre.

In a photosystem, a reaction centre functions as an donneur d'électrons that transfers the photons to the accepteur d'électrons molecule for the further cellular activities. Chlorophyll-b functions as an accessory pigment that expands the light-absorbing capacity of the light-absorbing particles.

Facts about Chlorophyll

There are some interesting facts about the chlorophyll that we must explore.

During plant senescence and fruit ripening

Plants degreen during the senescence stage and at the time of fruit ripening because during that period the chlorophyll pigments transform into colourless tetrapyrroles or NCC’s (Non-fluorescent chlorophyll catabolites).

Absorbing intensity

Chlorophyll has the highest absorbing capacity among the plant pigments, due to which it dominates or masks the leaf by its green colour. Once chlorophylls start to decompose, the colour of the leaves turn red, yellow, orange etc. For a plant to appear green, it must continuously replenish the chlorophyll.

Chemistry of chlorophyll

We can get a crystalline form of chlorophyll once the dried leaves are pulverized and treated with ethanol. We will get an amorphous form of chlorophyll when the dried leaves are pulverized and subjected to the treatment with reagents like ether or acetone. Chlorophyll is a mixture of two components, which includes a ratio of 3:1 of chl-a, and chl-b.

  • Solubilité: Chlorophyll is a hydrophobic or fat-soluble organic compound that readily dissolves in lipids.
  • Acid treatment of chlorophyll causes a replacement of the magnesium with the two H-atoms and results in the formation of derivative “Phaeophytin” (olive-brown colour solid). Further hydrolysis of pheophytin causes splitting of phytol and results in the production of “Phaeophorbide”.
  • Base treatment of chlorophyll results in the formation of a series of phyllins and magnesium porphyrin compounds.
  • Dénaturation: Prolonged cooking and steaming denature the conformation of chlorophyll.

Food sources of chlorophyll

Asparagus, bell peppers, broccoli, green cabbage, celery, kale, green olives, spinach, alfalfa etc.

Un usage commercial

Chlorophyll extracts of a plant are commercially used as additifs in processed soaps, toothpaste, cosmetics, food products etc.

Medicinal uses

Chlorophyll has a wide range of medicinal uses. It serves as a natural body cleanser. Its regular uptake can reduce the faecal and urinary odour. Chlorophyll increases the bone, nail and teeth strength. It also provides immune support by increasing the RBCs count and reduces colon and liver cancer by interfering with the procarcinogens. Chlorophyll also detoxifies the blood by eliminating impurities from our body.


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