Verständnis der Photobleiche bei Cannabis

Die Margen in der Cannabisbranche sind enger denn je, da das Angebot untypisch hoch ist und die geringere Verbrauchernachfrage die Preise in Staaten wie Kalifornien und Colorado deutlich in die Höhe treibt. Die derzeitige Dynamik in den etablierten Märkten erhöht den Druck auf die Erzeuger, möglichst marktfähige, konsistente und hochwertige Produkte zu liefern - und ihre Pflanzen stärker als je zuvor zu pushen. Der Einsatz von Beleuchtungsstrategien, die die Fähigkeit von Cannabis, Licht zu absorbieren, maximieren, ist für die Optimierung von Erträgen und Ergebnissen von entscheidender Bedeutung, kann jedoch zu Photobleaching führen, wenn es zu weit getrieben wird. Auch wenn sich das Photobleaching nicht unbedingt auf die Erträge, die Terpenchemie oder die Potenz auswirkt, so verringert es doch drastisch die Vermarktungsfähigkeit für den Verbraucher, was in den wettbewerbsintensiven, gesättigten Cannabismärkten wichtiger denn je ist.

WAS IST PHOTOBLEICHE?

Physiologisch gesehen ist die Photobleiche die Zerstörung von Chlorophyll. Wenn dieses Pigment zerstört wird, erhält das Gewebe ein weißes, "gebleichtes" Aussehen. Die Lichtausbleichung wird in erster Linie durch zu viel falsches Licht während der Blütenentwicklung ausgelöst. In diesem Fall verliert die Pflanze ihre Fähigkeit, die eintreffende Lichtenergie richtig zu verarbeiten, wodurch die Systeme in der Pflanze gestört und das Chlorophyll zerstört wird. Eines der häufigsten Probleme, mit denen Züchter bei der kommerziellen Cannabisproduktion konfrontiert werden, ist das Ausbleichen der Blütenknospen an der Spitze des Blätterdachs. Gebleichte Knospen werden auf dem Markt abgewertet, da sie als weniger wirksam und ästhetisch unattraktiv wahrgenommen werden und einen unangenehmen Geschmack haben. Erschwerend kommt hinzu, dass die Blütenknospen an der Spitze der Baumkrone in der Regel die höchste Potenz aufweisen und den höchsten Marktpreis erzielen, was für den Gewinn des Züchters ein ernsthaftes Risiko darstellt. Chlorophyll - zusammen mit den Hilfspigmenten Carotinoide und Xanthophylle - sind die Pigmente in Pflanzen, die für das Einfangen von Lichtenergie und deren Umwandlung in biochemische Energie durch den Prozess der Photosynthese verantwortlich sind. Während Chlorophyll besonders gut rotes und blaues Licht einfängt, absorbieren Carotinoide und Xanthophylle mittlere Wellenlängen wie Cyan und Grün. Zusammen bilden diese Pigmente den "Antennenkomplex", den wir uns als Sonnenkollektor der Photosynthese vorstellen können. Der Antennenkomplex ist der Stromsammler für eine größere Maschine namens "Photosystem II" (PSII). PSII leitet die Energie aus dem Antennenkomplex an ein Reaktionszentrum weiter, wo die Energie genutzt wird, um Wassermoleküle in ihre Wasserstoff- und Sauerstoffkomponenten aufzuspalten und dabei einige Elektronen zu stehlen. Normalerweise werden diese Elektronen von anderen Proteinen aus dem Reaktionszentrum abtransportiert, und der verbleibende Sauerstoff bleibt als stabiles Molekül zurück und wird schließlich wieder an die Atmosphäre abgegeben. Diese Reaktionsfolge ist das Herzstück des pflanzlichen Stoffwechsels und läuft auch in unserer Umwelt ständig und ohne Probleme ab. Wenn die Antennenkomplexe der Pflanze einer hohen Lichtintensität ausgesetzt werden, beginnt das gesamte System, auf Hochtouren zu arbeiten. Wie bei jedem System, das an seine Grenzen stößt, kommt es zu Engpässen in der Effizienz und das gesamte System wird instabil. Es entstehen Energierückstände, da die Elektronen aus den Wassermolekülen im Reaktionszentrum schneller herausgezogen werden, als die Proteine sie abtransportieren können. Angesichts des Elektronenüberschusses, der nirgendwo hinführen kann, und eines Antennenkomplexes, der immer noch viel Lichtenergie absorbiert, ist der gesamte Komplex gefährdet. Die Kombination aus einfallender Lichtenergie und einer Ansammlung freier Elektronen ist energiereich genug, um den Quantenzustand der Moleküle in PSII zu beeinflussen - in einer komplexen Kettenreaktion verschieben Chlorophyll- und Sauerstoffmoleküle ihre Quantenzustände und reagieren so stark miteinander, dass sie zerstört werden. Dieser Verlust von Chlorophyllmolekülen entzieht dem Pflanzengewebe die Farbe, was zu einem ausgebleichten Aussehen führt.

VERMEIDUNG DES PHOTOBLEICHENS

Der einfachste Weg, das Ausbleichen von Cannabisknospen zu vermeiden, ist die Verwendung eines ausgewogenen, breiten weißen Spektrums. Bei einem ausgewogenen Spektrum kommt es bei den meisten Cannabissorten bis zu einer photosynthetischen Photonenflussdichte (PPFD) von 2.500 μmol/mˉ²/sˉ¹ zu keinem Photobleaching, also weit über den PPFD-Werten, bei denen man traditionell Photobleaching mit suboptimalen Spektren beobachtet. Wenn Landwirte ein rotstichigeres Spektrum verwenden - das Photobleaching bei viel niedrigeren Werten auslöst - kann das Photobleaching auch durch eine Verringerung der Gesamtlichtintensität verhindert werden. Die Fluence-Forschung hat festgestellt, dass eine Verringerung des PPFD auf 500 μmol/mˉ²/sˉ¹ dazu beiträgt, dass einige Sorten nicht ausbleichen, selbst wenn die zusätzliche Lichtintensität bis zu 95 % rote Photonen enthält. Diese Verringerung der Lichtausbleichung geht stark auf Kosten der endgültigen Erträge, da die verwendeten niedrigeren Lichtintensitäten die Photosynthese nicht so stark anregen. Die Forschung von Fluence hat gezeigt, dass bis zu einer PPFD von etwa 1800 μmol/mˉ²/sˉ¹ eine Erhöhung der PPFD um 1 % zu einer Erhöhung des Endertrags um 1 % führt. Je mehr die Landwirte die Intensität drosseln müssen, um schlecht optimierte Lichtspektren zu kompensieren, desto mehr werden sie bei der Ernte dafür bezahlen. Die Änderung der Beleuchtung selbst ist nicht die einzige Möglichkeit, das Risiko der Lichtausbleichung zu verringern, auch wenn sich die Forschung zu diesen Auswirkungen noch in einem sehr frühen Stadium befindet. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass Vorwärmbehandlungen das Photobleaching bei Gurken induzieren, was die Möglichkeit eröffnet, dass Kühlbehandlungen dazu beitragen könnten, das übermäßige Photobleaching zu reduzieren. Auch die Genetik spielt eine entscheidende Rolle dabei, wie wahrscheinlich es ist, dass eine Cannabispflanze ein Photobleaching aufweist. Das Forschungsteam von Fluence hat beobachtet, dass einige Cannabispflanzen selbst unter idealen Umweltbedingungen ein Photobleaching aufweisen, was bedeutet, dass einige Pflanzen unabhängig von den Umständen einfach eher ein Photobleaching aufweisen.

WIE PHOTOBLEICHE DIE QUALITÄT BEEINFLUSST

Photobleiche scheint nur minimale Auswirkungen auf die endgültigen Knospenerträge zu haben. Obwohl Photobleaching die Zerstörung grundlegender photosynthetischer Mechanismen ist und daher die Fähigkeit einer Pflanze, atmosphärisches CO₂ in Biomasse - das CO₂ die von Blütenknospen gebunden wird, ist im Vergleich zur übrigen Photosynthesekapazität der Pflanze wahrscheinlich vernachlässigbar. Außerdem gelten generative Pflanzengewebe wie Früchte und Blütenknospen als Kohlenstoff-"Senken", die Photosynthese aus photosynthetisch aktiveren "Quell"-Geweben wie Blättern abziehen. Daher stammt mehr Blütenknospenmasse aus Blättern als aus den Knospen selbst. Ob sich die Photobleiche auf die Potenz auswirkt oder nicht, ist schwieriger zu sagen, und es ist wichtig, Korrelation und Kausalität nicht zu verwechseln. Bei Fluence haben wir Fälle beobachtet, in denen Pflanzen, die unter relativ rot gefärbten Spektren angebaut wurden, eine starke Lichtausbleichung aufwiesen und im Vergleich zu Pflanzen, die unter breit gefärbten weißen Spektren angebaut wurden, deutlich niedrigere Konzentrationen der wichtigsten Cannabinoide und Terpene produzierten. Wir haben auch Pflanzen mit starkem Photobleaching beobachtet, die Cannabinoid- und Terpenprofile aufwiesen, die sich nicht signifikant von ungebleichten Pflanzen unterschieden. Metabolisch gesehen gibt es nichts über die Mechanismen des Photobleichens, was auf eine große Auswirkung auf den Cannabinoid- und Terpenstoffwechsel schließen ließe, was zu der Schlussfolgerung führte, dass Fälle von Photobleiche und verminderter Cannabinoid-Wirkung eher zufällig als kausal sind. Es besteht auch die Möglichkeit einer starken psychosomatischen Wirkung; die Konsumenten verbinden bestimmte ästhetische Attribute mit Qualität, Geschmack und Potenz, und diese visuellen Hinweise können ihre Konsumerfahrung beeinflussen. Dies ist bei anderen Gartenbauprodukten weit verbreitet - bei Erdbeeren wird oft gesagt, dass die Verbraucher "mit den Augen essen". Deshalb legen die Erdbeerzüchter besonderen Wert darauf, die Früchte so zu züchten und zu kultivieren, dass sie intensiv rot und saftig aussehen. Diese ästhetischen Eigenschaften sind nicht den Geschmack beeinflussenDie Verbraucher werden jedoch feststellen, dass optisch ansprechende Früchte besser schmecken. Im Falle von Cannabis sehen frische, gebleichte Knospen für die meisten instinktiv seltsam aus. Wenn sie für den kommerziellen Verkauf dehydriert werden, nehmen die Knospen ein dunkles beige-braunes Aussehen an, das wir instinktiv als faul und tot wahrnehmen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass dieses Aussehen das Konsumerlebnis und die Kaufwahrscheinlichkeit negativ beeinflussen kann.

UNSER VERSTÄNDNIS ZU VERBESSERN

Oberste Priorität hat die Beantwortung praktischer Produktionsfragen, die die Landwirte heute betreffen. Wir untersuchen aktiv, welche Anteile von rotem Licht und welche Lichtintensitäten das Ausbleichen verursachen. Wenn wir herausfinden, welche Sorten am anfälligsten für das Ausbleichen sind, und ihre genetischen Abstammungslinien identifizieren, können wir die Landwirte besser beraten, wie sie ihre Sortenauswahl und Beleuchtungsstrategien optimieren können. Außerdem versuchen wir, die Beziehungen zwischen Photobleiche, chemischer Potenz und Konsumerfahrung besser zu definieren. Obwohl die aktuellen Daten darauf hindeuten, dass diese Merkmale unabhängig voneinander sind, ist es noch zu früh, um eine endgültige Schlussfolgerung zu ziehen - und das Feedback der Verbraucher lässt zumindest eine starke Korrelation zwischen diesen Merkmalen vermuten.

DR. DAVID HAWLEY

Leitende Wissenschaftlerin

Dr. David Hawley leitet die wissenschaftliche Forschungsinitiative bei Fluence als leitender Wissenschaftler des Unternehmens. Seine Erfahrung in den Bereichen kontrollierte Umgebungssysteme, Gartenbau-Beleuchtung und Cannabis-Metabolom untermauert natürlich die Mission von Fluence, die branchenführende Beleuchtungsforschung voranzutreiben, um die Interaktion zwischen Licht und Leben zu erforschen.