Fluence arbeitet mit Forschern der University of Florida zusammen, um die Auswirkungen von blauem Licht auf die Wassernutzungseffizienz zu untersuchen
Der Erfolg von Fluence mit der LED-Beleuchtungstechnologie hat dazu beigetragen, dass die Auswirkungen des photosynthetischen Spektrums und dessen Einfluss auf die Produktion in der Landwirtschaft mit kontrollierter Umgebung erforscht wurden. Dank der präzisen Steuerung des Beleuchtungsspektrums können Wissenschaftler nun über die Grundlagen der Photobiologie hinausgehen und ein differenzierteres Verständnis der Reaktionen von Pflanzen auf die Lichtqualität entwickeln.
An der Universität von Florida erforschen Forscher das photosynthetische Spektrum im Zusammenhang mit einem oft übersehenen Element des Anbaus: der Wassernutzungseffizienz (WUE). Durch Manipulation des Verhältnisses von rotem, blauem und grünem Licht finden die Wissenschaftler heraus, wie das Licht die WUE unabhängig von anderen Faktoren beeinflusst.
"Das Spiel mit der Lichtqualität hat nicht nur Auswirkungen auf das Wachstum", sagt Dr. Celina Gómez. "Es wirkt sich auch auf das aus, was wir 'Produktionsergebnisse' nennen - zum Beispiel auf die Wassermenge, die für die Produktion verbraucht wird."
Gómez und ihr Team haben einen Zusammenhang zwischen dem Prozentsatz des blauen Lichts, das auf den Salat einwirkt, und seiner Wasseraufnahme festgestellt. Letztendlich stellten sie fest, dass blaues Licht den WUE-Wert senkt, höchstwahrscheinlich durch eine Erhöhung der stomatären Leitfähigkeit, einer Pflanzenfunktion, die eng mit der Transpiration verbunden ist.
Wasserverbrauchseffizienz, stomatäre Leitfähigkeit und blaues Licht
"Wir haben den Wasserverbrauch verfolgt - nicht nur eine momentane Messung des Gasaustauschs", sagt Gómez. "Wir haben den gesamten Wasserverbrauch während des gesamten Erntezyklus gemessen.
Bei den Behandlungen des Experiments wurden sechs Verhältnisse von blauem (446 nm) und rotem Licht (664 nm) verwendet, die stufenweise von 0 % blau + 100 % rot bis 100 % blau + 0 % rot variierten. Eine zusätzliche Behandlung umfasste weißes Breitbandlicht, das auch grünes Licht enthielt. Mit jeder 10%igen Erhöhung des blauen Lichts stieg die stomatäre Wasserdampfleitfähigkeit um 10 mmol-m-2-s-1.
Unter Gartenbauern und Forschern ist bekannt, dass die typische morphogene Reaktion auf erhöhte Mengen an blauem Licht eine Verringerung der Pflanzenhöhe und der Blattfläche ist. Es wird angenommen, dass die geringere Strahlungsaufnahme kompakterer Pflanzen der Hauptgrund für das geringere Wachstum als Reaktion auf eine höhere Blaulichtmenge ist. Darüber hinaus nimmt die stomatäre Leitfähigkeit bei blauem Licht tendenziell zu. Gómez erklärt, dass dies durch Cryptochrom- und Phototropin-Photorezeptoren ausgelöst wird, die blaues Licht absorbieren, und eine daraus resultierende Reaktion in den Ionenkanälen der Pflanze, die die Öffnung der Stomata fördern.
Darüber hinaus könnte die geringere photosynthetische Effizienz des blauen Lichts das Wachstum gehemmt und damit die WUE-Ergebnisse beeinflusst haben. Wie Gómez anmerkt, haben frühere Studien ergeben, dass die photosynthetische Effizienz von blauem Licht um bis zu 35 % geringer ist als die anderer Wellenbereiche. Ein geringerer Ertrag an Pflanzenmasse wirkt sich auf die Wassernutzungseffizienz aus - unabhängig vom Wasserverbrauch.
Es ist auch wichtig zu wissen, dass diese Experimente in einer kontrollierten Umgebung mit bestimmten Umgebungsbedingungen durchgeführt wurden. Unterschiedliche Sollwerte können die in dieser Studie gemessenen Reaktionen beeinflussen.
Grünes Licht kann die Effizienz der Wassernutzung verbessern
Um die Wechselwirkungen zwischen rotem und blauem Licht besser zu verstehen, setzten Gómez und ihr Team auch eine Breitbandspektrum-Beleuchtung ein. Diese Weißlichtgruppe erhielt das gleiche tägliche Lichtintegral wie die Blau/Rot-Behandlungen (17,5 mol-m-2-d-1), jedoch mit einem Spektralverhältnis von 19 % Blau + 43 % Grün + 38 % Rot. Das Team fand heraus, dass Pflanzen, die unter dem Breitspektrum-Licht angebaut werden, einen besseren WUE-Wert aufweisen könnten als Pflanzen, die unter >66% blauem Licht aus ausschließlich roten und blauen LEDs angebaut werden.
"Wir haben die Behandlung mit weißem Licht mit der Behandlung mit rotem und blauem Licht verglichen und sehr unterschiedliche Ergebnisse festgestellt", sagt Gómez. "Mit weißem Licht konnten wir weder einen Rückgang der Wassernutzungseffizienz noch einen Anstieg der stomatären Leitfähigkeit feststellen. Und andere Studien haben gezeigt, dass grünes Licht einigen Reaktionen auf blaues Licht entgegenwirkt - einschließlich der stomatären Leitfähigkeit."
Gómez gibt zu bedenken, dass es sich hierbei um eine konzeptionelle Studie und nicht um ein reales Szenario handelt; Landwirte würden normalerweise nicht unter so hohen Anteilen von blauem Licht anbauen. Dennoch sind die Auswirkungen für die zukünftige photobiologische Forschung von großer Bedeutung.
Je weiter die Spektralforschung voranschreitet, desto mehr Einblicke in bisher unkorrelierte Produktionsvariablen - wie blaues Licht und WUE - können Gartenbauern erwarten. Und mit der Unterstützung von Fluence Bioengineering werden Forscher wie Dr. Gómez die Wissenschaft von Beleuchtung und Anbau weiter voranbringen.
Um mehr über die Arbeit ihres Teams zu erfahren, lesen Sie die Originalarbeit hier:
https://www.mdpi.com/2311-7524/4/3/16.
