Nutzen Pflanzen grünes Licht?
Absorptionsspektrum vs. Wirkungsspektrum
Wenn die meisten Menschen an den Einsatz von LEDs in der Gartenbau-Beleuchtung denken, kommt ihnen als erstes ein violettes Leuchten in den Sinn, das von einer Leuchte mit roten und blauen Dioden ausgeht. Dieses violette Leuchten mag der Industriestandard für Gartenbau-LEDs sein, aber haben Sie sich jemals gefragt, warum rote und blaue Dioden in der Vergangenheit von den Beleuchtungsherstellern als Halbleiter bevorzugt wurden? Viele Hersteller verweisen auf das Absorptionsspektrum von Chlorophyll a und b (das seine Spitzenwerte im blauen und roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums hat) als Hauptgrund für die Bereitstellung eines violetten Spektrums (Abbildung 1).
Auf den ersten Blick scheint dies legitim zu sein, da Chlorophyll schließlich die Photosynthese antreibt, aber haben Sie bedacht, wie das Absorptionsspektrum von Chlorophyll gemessen wird? Haben Sie außerdem überlegt, ob das Absorptionsspektrum von Chlorophyll direkt mit der Photosynthese und dem Pflanzenwachstum korreliert, und was passiert, wenn man nur auf ein einziges Pigment abzielt und andere Pigmente vernachlässigt, die für das Pflanzenwachstum und die Entwicklung verantwortlich sind? In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen Absorptionsspektrum und Wirkungsspektrum erörtert und (Spoiler-Alarm) der Mythos ausgeräumt, dass "Pflanzen grünes Licht nicht nutzen", um das Pflanzenwachstum und die Entwicklung zu fördern.
Aktionsspektrum
Das Wirkungsspektrum der Photosynthese geht auf die Forschungen von Dr. McCree und Inada in den 1970er Jahren zurück, und diese Arbeit war grundlegend für die Definition des Bereichs der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR). Vor dieser Forschungsarbeit war kaum untersucht worden, wie unterschiedliche Wellenlängen des Lichts die Photosynthese und das Pflanzenwachstum beeinflussen. Die Forscher verwendeten Filter zur Erzeugung monochromatischer Wellenbereiche, um den Einfluss der Lichtspektren auf die Photosynthese einzelner Blätter in einer Assimilationskammer zu bestimmen. In Abbildung 2 sehen Sie, dass die Pflanzen tatsächlich grünes Licht für die Photosynthese nutzen, und zwar ziemlich effizient (Abbildung 2).
Warum gibt es also einen solchen Unterschied zwischen dem Absorptionsspektrum und dem Wirkungsspektrum, wenn Chlorophyll für die Photosynthese verantwortlich ist? Die Antwort ist einfach: Chlorophylle sind nicht die einzigen Photorezeptoren, die für die Photosynthese verantwortlich sind. Es gibt noch andere Arten von Antennenphotorezeptoren (hauptsächlich Carotinoide), die ebenfalls die Photosynthese fördern, und bei der Verwendung von rot/blauen Schmalband-LEDs unter alleinigen Beleuchtungsbedingungen können diese Pigmente ihre Lichtsammelfähigkeiten nicht optimal nutzen. Außerdem ist anzumerken, dass grünes Licht tatsächlich die Photosynthese in Chlorophyllen fördert, und zwar recht effizient. Jüngste Arbeiten haben gezeigt, dass grünes Licht in der Lage ist, tiefer in die Blattoberfläche einzudringen, um die Photosynthese in den Chloroplasten an der Unterseite des Blattes anzutreiben, und zwar effizienter als rotes Licht bei hoher PPFD. Mit zunehmendem PPFD wird Lichtenergie, die in den oberen Chloroplasten absorbiert wird, tendenziell als Wärme abgeleitet, während eindringendes grünes Licht die Photosynthese steigert, indem es die tief im Mesophyll befindlichen Chloroplasten anregt (Terashima et. al., 2009). Darüber hinaus dringt grünes Licht viel besser durch die Blattoberflächen als rotes oder blaues Licht und erreicht so die untere Baumkrone, was bei den in der Landwirtschaft unter kontrollierten Bedingungen üblichen Techniken zur Erzeugung dichter Baumkronen äußerst wichtig ist.
Schlussfolgerung
So, what does this all mean for the grower? While we are still in the early-stages of understanding how plants use light and we are still working to understand how different photoreceptors function and interact with one another, the bottom line is that plants absolutely do utilize green light. If your horticulture lighting system is delivering a spectrum which neglects photoreceptors that absorb light in the 500-600 nm region (especially in sole-source lighting applications) you will not be optimizing your growing environment. Click here if you would like to learn more about the spectra that Fluence Bioengineering includes in their lighting fixtures.
