By Andrea Bergerhoff, Plantlife Technologies’ team leader

Leuchten für den Gartenbau wurden speziell dafür entwickelt, um den Pflanzen Energie zuzuführen. Das scheint offensichtlich zu sein, aber wenn ich mir anschaue, was manche Leuchtenhersteller bewerben, habe ich zunehmend das Gefühl, dass dies in Vergessenheit gerät.

Lassen Sie uns also mit einigen Grundlagen beginnen, um das Thema Pflanzen und Licht für alle verständlich zu machen:

1/ Welche Rolle spielt das Licht für Pflanzen?

  • Leben:
    Pflanzen können ohne Licht nicht leben. Pflanzen nutzen Lichtenergie (Photonen) und Wasser, um CO2 in Kohlenhydrate umzuwandeln, die sie ernähren. Dies geschieht durch Photosynthese.
  • Wachsen und entwickeln
    Licht löst zahlreiche biochemische Prozesse aus, die das Wachstum der Pflanzen fördern (Größe, Form der Blätter, Ausrichtung, Farbe usw.), aber auch ihr Leben regulieren, z. B. die Steuerung des Gasaustauschs zwischen der Atmosphäre und der Pflanze.
  • Zeitmanagement
    Wie bei vielen anderen Lebewesen spielt auch bei den Pflanzen die Zeit eine wichtige Rolle in ihrer Entwicklung. Pflanzen reagieren empfindlich auf Tag und Nacht und auf die Jahreszeiten (vor allem wegen des Wechsels zwischen kurzen und langen Tagen). Licht löst zeitbezogene Prozesse in Pflanzen aus.
  • Beschützen
    Licht löst und reguliert die Produktion von Substanzen wie Terpenen, die Pflanzen gegen Fressfeinde oder Krankheiten einsetzen.

2/ Wie nehmen die Pflanzen das Licht wahr?

Pflanzen nehmen das Licht durch lichtempfindliche Pigmente wahr. Es gibt viele verschiedene lichtempfindliche Pigmente, von denen jedes eine bestimmte Rolle im Leben und in der Entwicklung der Pflanzen spielt und jedes Licht auf eine andere Weise absorbiert.

Die wichtigsten Pigmente sind die folgenden:

Chlorophyll

Chlorophyll ist für das Leben der Pflanzen von entscheidender Bedeutung, da es Licht absorbiert und dessen Energie in chemische Energie umwandelt, die von der Pflanze zum Leben und zur Entwicklung genutzt wird. Dies geschieht in einem Prozess, der als Photosynthese bekannt ist. Die häufigsten Formen von Chlorophyll sind Chlorophyll a, das die Photosynthese einleitet, und Chlorophyll b, das die Energieausbeute der Photosynthese erhöht.

Um die Photosynthese richtig in Gang zu setzen, muss eine Gartenbauleuchte Licht innerhalb der Absorptionsspitzen von Chlorophyll a und b liefern. Je näher an den Absorptionsspitzen, desto besser: d.h. um 430nm oder um 665nm für Chlorophyll a und um 460nm für Chlorophyll b.

Karotinoide

Ihre Rolle ist erst in jüngerer Zeit dokumentiert worden als die des Chlorophylls. Sie spielen 2 Hauptrollen

  • Die erste besteht darin, Photonen zu absorbieren und sie in Elektronen umzuwandeln, die auf das Chlorophyll übertragen werden.
  • Die zweite Funktion ist weniger bekannt, aber ebenso wichtig: Sie reguliert mehrere Funktionen der Pflanzen, wie z. B. das Wachstum.

Die beiden Funktionen der Carotinoide müssen bei der Gestaltung eines Lichtspektrums berücksichtigt werden. Die wichtigsten spezifischen Wirkungen der Carotinoide werden zwischen 440nm (blau) und 540nm (grün) ausgelöst. Zu wenig Grün reduziert die Photosynthese und schränkt das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen ein, aber zu viel Grün erhöht die Wachstumssteuerungsfunktion und reduziert ebenfalls das Pflanzenwachstum und die Entwicklung der Wirkstoffe

Jüngste Studien haben gezeigt, dass der optimale Grünanteil zwischen 20 und 24 % liegt.

Phototropin

Es handelt sich um ein Photorezeptorpigment. Photorezeptoren sind Sensoren, die biologische Mechanismen auslösen, wenn sie Licht einer bestimmten Wellenlänge wahrnehmen. Phototropin löst 2 wichtige Mechanismen aus:

  • Streckung des Stängels (Pflanzenwachstum) in Richtung Licht.
  • Öffnung der Spaltöffnungen. Spaltöffnungen sind Zellen auf der Blattoberfläche, die sich öffnen, um den Gasaustausch zwischen der Pflanze und der Atmosphäre zu ermöglichen (ein bisschen wie Atmen).

Phototropin absorbiert blaues Licht (hauptsächlich zwischen 440 nm und 480 nm). Eine ausreichende Versorgung mit blauem Licht ist daher von entscheidender Bedeutung, um das Wachstum der Pflanzen zwischen den Keimlingen und dem Ende der vegetativen Phase einzuleiten. Zu viel blaues Licht führt jedoch dazu, dass die Pflanze hoch wächst, ohne genügend Blätter zu entwickeln. Daher ist ein ausgewogenes Maß an blauem Licht erforderlich.

Phytochrom R / FR

Dies ist ein Photorezeptor, der eine entscheidende Rolle bei der Auslösung der Blüte bei Kurz- und Langtagspflanzen spielt, aber auch fast alle Entwicklungsphasen der Pflanzen reguliert.

Phytochrom benötigt sowohl rotes als auch fernrotes Licht, um seine Wirkung auf Pflanzen zu entfalten. Unter rotem Licht (620 bis 700 nm) ist Phytochrom inaktiv, wird aber so verändert, dass es für fernrotes Licht (700 bis 775 nm) empfindlich und aktiv wird und zum Beispiel die Blüte auslöst.

Um die Rolle des Phytochroms zu maximieren, muss das Licht genügend fernrotes Licht enthalten.

Es gibt viele andere Pigmente in Pflanzen, ihre Menge und ihre Rolle sind von einer Pflanzenart zur anderen sehr unterschiedlich, so dass es keine einheitliche Lichtabsorption für alle Pflanzen gibt. Auch über die Wechselwirkungen zwischen Licht und Pflanzen gibt es noch viel zu entdecken und zu erklären. So waren Gartenbauleuchten ursprünglich in erster Linie darauf ausgerichtet, blaues und rotes Licht zu liefern, da Chlorophyll das einzige Pigment war, das richtig dokumentiert wurde. Dann begann man, die Rolle der Carotinoide und ihre Reaktionen auf Licht zu untersuchen, was zu einer starken Entwicklung von „Vollspektrum“-Leuchten mit viel Grünanteil führte. Heute wissen wir um die wachstumsregulierende Rolle der Carotinoide und die Notwendigkeit, den Grünanteil bei blühenden Pflanzen auf etwa 24 % zu begrenzen, um eine ausgewogene Entwicklung zu gewährleisten.

3/ Die Bedeutung des Lichtspektrums für die Entwicklung der Pflanzen

Wie wir oben gesehen haben, spielen die lichtempfindlichen Pigmente eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Pflanzen. Jedes von ihnen absorbiert Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich. Das bedeutet 2 wichtige Dinge:

1/ Das den Pflanzen zugeführte Licht muss alle relevanten Absorptionsspektren der Pigmente abdecken

  • Für Chlorophyll A:
    Entweder um 430nm Blau oder um 665nm Rot.
  • Für Chlorophyll B:
    Etwa 460nm Blau
  • Für Carotinoide:
    Zwischen 440nm Blau und 540nm Grün
  • Für Phototropin:
    Zwischen 440nm und 480nm
  • Für Phytochrome:
    Zwischen 620nm und 700nm, um sie zu aktivieren.
    Zwischen 700nm und 750nm, um den tatsächlichen Nutzen für die Pflanzen auszulösen.

2/ Die Lichtzufuhr darf die Absorptionskapazität der für die Pflanze wichtigen Pigmente nicht überschreiten.

Im besten Fall werden die Pflanzen dieses Licht zurückweisen und die erzeugte Energie wird verschwendet. Die Sonnenenergie ist kostenlos, so dass ihre Verschwendung nur ein natürlicher Effekt ist. Künstliches Licht kostet und jedes erzeugte µmol muss von den Pflanzen genutzt werden, um kein Geld zu verschwenden.

In einigen Fällen löst ein Übermaß an Licht kontraproduktive Mechanismen aus, z. B. werden Carotinoide das Wachstum der Pflanze überregulieren und damit die Wirkung der Photosynthese verringern. Dies ist eine „doppelte Verschwendung“ von Energie.

Bei der Erstellung eines Lichtspektrums für den Gartenbau muss daher zunächst der Bedarf der Zielpflanzen ermittelt werden, indem man herausfindet, welche Pigmente für ihre Entwicklung wichtig sind. Danach muss das Spektrum so gestaltet werden, dass es den Lichtbedarf der einzelnen Pigmente deckt. Dies ist jedoch alles andere als eine einfache Aufgabe, da viele andere Faktoren die Gestaltung eines Spektrums beeinflussen. Diese werde ich in einem der nächsten Artikel behandeln..

Quellen

  • Hopkins, W. G., and Hüner, N. P. (1995). Introduction to plant physiology.
  • Folta, K. M., and Carvalho, S. D. (2015). Photoreceptors and control of horticultural plant traits.
  • Jones, M. A. (2018). Using light to improve commercial value.
  • Folta, K. M., and Maruhnich, S. A. (2007). Green light: a signal to slow down or stop.