Absorptionsspektrum vs. Wirkungsspektrum
Wenn die meisten Menschen an LEDs im Gartenbau denken, denken sie zuerst an ein violettes Leuchten, das von einer Vorrichtung aus roten und blauen Dioden ausgeht. Dieses violette Leuchten mag der Industriestandard für Gartenbau-LEDs sein, aber haben Sie sich schon einmal gefragt, warum Beleuchtungshersteller in der Vergangenheit rote und blaue Dioden als Halbleiter gewählt haben? Viele Hersteller nennen das Absorptionsspektrum von Chlorophyll a und b (mit Spitzenwerten im blauen und roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums) als Hauptgrund für die Bereitstellung eines violetten Spektrums (Abbildung 1). Auf den ersten Blick erscheint dies legitim, da Chlorophyll schließlich die Photosynthese antreibt, aber haben Sie sich einmal Gedanken darüber gemacht, wie das Absorptionsspektrum von Chlorophyll gemessen wird? Haben Sie sich außerdem Gedanken darüber gemacht, ob das Absorptionsspektrum von Chlorophyll direkt mit der Photosynthese und dem Pflanzenwachstum korreliert, und was passiert, wenn man sich nur auf ein einziges Pigment konzentriert und andere Pigmente vernachlässigt, die für das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen verantwortlich sind? In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen Absorptionsspektrum und Wirkungsspektrum erörtert und (Achtung, Spoiler!) der Mythos zerstreut, dass „Pflanzen kein grünes Licht nutzen“, um ihr Wachstum und ihre Entwicklung zu fördern.
Aktionsspektrum
Das Aktionsspektrum der Photosynthese entstand durch Forschungen, die in den 1970er Jahren von Dr. McCree und Dr. Inada durchgeführt wurden. Diese Arbeit war grundlegend für die Definition des Bereichs der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR). Vor dieser Forschung hatte es nur wenige Untersuchungen gegeben, die den Einfluss unterschiedlicher Lichtwellenlängen auf die Photosynthese und das Pflanzenwachstum untersuchten. Diese Forscher verwendeten Filter zur Erzeugung monochromatischer Wellenbänder, um den Einfluss von Lichtspektren auf die Photosynthese einzelner Blätter mithilfe einer Assimilationskammer zu bestimmen. In Abbildung 2 wird deutlich, dass Pflanzen tatsächlich grünes Licht für die Photosynthese nutzen, und zwar ziemlich effizient (Abbildung 2). Warum also besteht ein solcher Unterschied zwischen dem Absorptionsspektrum und dem Aktionsspektrum, wenn Chlorophyll für die Photosynthese verantwortlich ist? Die Antwort ist einfach: Chlorophyll ist nicht die einzigen Photorezeptoren, die für die Photosynthese verantwortlich sind. Es gibt andere Arten von Antennenphotorezeptoren (hauptsächlich Carotinoide), die ebenfalls die Photosynthese fördern. Durch die Verwendung von schmalbandigen rot/blauen LEDs unter ausschließlicher Beleuchtung können diese Pigmente ihre Lichtsammelfähigkeit jedoch nicht optimieren. Es ist außerdem zu beachten, dass grünes Licht die Photosynthese in Chlorophyllen tatsächlich fördert, und zwar sehr effizient. Neuere Arbeiten haben gezeigt, dass grünes Licht tiefer in die Blattoberfläche eindringen und die Photosynthese in Chloroplasten an der Blattunterseite anregen kann – und zwar effizienter als rotes Licht bei hoher PPFD. Mit steigender PPFD wird die in den oberen Chloroplasten absorbierte Lichtenergie tendenziell als Wärme abgegeben, während eindringendes grünes Licht die Photosynthese durch die Anregung tief im Mesophyll gelegener Chloroplasten steigert (Terashima et al., 2009). Zudem dringt grünes Licht deutlich besser durch die Blattoberfläche als rotes oder blaues Licht und erreicht das untere Blätterdach, was bei dichten Kronendach-Produktionstechniken, wie sie in der kontrollierten Landwirtschaft üblich sind, äußerst wichtig ist.
Schlussfolgerung
Was bedeutet das nun alles für den Gärtner? Wir befinden uns zwar noch im Anfangsstadium des Verständnisses, wie Pflanzen Licht nutzen, und wir arbeiten immer noch daran, zu verstehen, wie die verschiedenen Photorezeptoren funktionieren und miteinander interagieren, aber unterm Strich ist es so, dass Pflanzen durchaus grünes Licht nutzen. Wenn Ihr Beleuchtungssystem für den Gartenbau ein Spektrum liefert, das die Photorezeptoren vernachlässigt, die Licht im Bereich von 500-600 nm absorbieren (insbesondere bei Beleuchtungsanwendungen mit nur einer Lichtquelle), werden Sie Ihre Wachstumsumgebung nicht optimieren.
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