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Die (wichtige) Rolle des grünen Lichts bei der Photosynthese

light and photosynthesis

DIE KONTROVERSE

Grünes Licht wurde eine Zeit lang von vielen Menschen als ungenutztes Licht angesehen, da es von den Chlorophyllen a und b, den Haupttriebkräften des Pflanzenwachstums, nicht genutzt wird. Es wurde beobachtet, dass die Pflanzen dieses ungenutzte Licht ausscheiden und die Pflanzen grün färben. Viele LED-Wachstumslichter vermieden das grüne Spektrum vollständig und verkauften nur blaue und rote LEDs in ihren Lampen. Es ist jedoch erwiesen, dass Pflanzen mit NUR grünem Licht wachsen, wie kann das sein? Die Wahrheit ist komplexer.

Action Spectrum

Abbildung 1: Starke Absorption im grünen Wellenlängenbereich von 500-600nm

Die Fakten

Eine McCree-Studie aus dem Jahr 1972 untersuchte die relativen Quantenausbeuten des photosynthetischen Spektrums und stellte fest, dass eine Lichtmischung mit großen Mengen an grünem Licht die höchste photosynthetische Leistung erbrachte. Spätere Forschungen ergaben jedoch, dass Fotopigmente im Pflanzengewebe dieses grüne Licht absorbieren und andere Photonen, wie z.B. rotes oder blaues Licht, anregen bzw. abtransportieren. Das bedeutet, dass die Pflanze ein größeres Lichtspektrum nutzt, was dem gesamten sichtbaren Spektrum entspricht. Daher gibt es innerhalb des sichtbaren Spektrums kein ‘Abfalllicht’. Allerdings hat die Verteilung des gelieferten Spektrums einen großen Einfluss auf die Wachstumsmuster.

Darüber hinaus signalisiert grünes Licht einigen Pflanzen, dass sie von anderen Pflanzen umgeben sind und einen längeren Stängel benötigen, um auszubrechen. Dies geschieht in der Regel über den Phytochrom-Mechanismus, ebenso wie rotes und fernrotes Licht. Cryptochrome werden in gewissem Maße auch durch grünes Licht stimuliert, was manchmal die durch blaues Licht ausgelöste Hemmung der Dehnung umkehrt (siehe Artikel Blaues und rotes Licht). Aus diesem Grund haben Pflanzen mindestens zwei verlässliche Möglichkeiten, sich von der Masse abzuheben: Sie suchen nach grünem Licht UND untersuchen das Gleichgewicht zwischen rotem und rotem Phytochrom (siehe Artikel Phytochrom-Manipulation).

Darüber hinaus untersuchten Cope und Bugbee die Bedeutung von grünem Licht für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen und erklärten, dass grünes Licht tiefer in die Pflanze eindringt, weiter als rotes und blaues, und daher für zusätzliche Photosynthese sorgt, die über den Sättigungsgrad der roten/blauen Blätter hinausgeht. Bei Salat, der mit reinem grünem Licht angebaut wurde, wuchs die Pflanze, wenn auch nur schwach, was überraschend war, da viele dachten, dass grünes Licht in der Vergangenheit nicht verwendet wurde. Aber in Kombination mit rotem und blauem Licht war der mit RGB angebaute Salat unter allen verschiedenen Lichtkombinationen bei denselben PPFD-Werten am wüchsigsten und gesündesten. Sie wiesen darauf hin, dass dieser Nutzen von grünem Licht von der Art abhängt, da einigen Pflanzen die Photopigmente und Phytochemikalien fehlen, um mit grünem Licht umzugehen, während viele Pflanzen dies können.

Heliochrom ist ein neu entdeckter Phytochemikalie, die ähnlich wie die Phytochrome Fernrot/Rot ein Gleichgewicht zwischen Rot und Grün herstellt und den Pflanzen eine zusätzliche Funktion zur Beeinflussung ihres zirkadianen Rhythmus in Abhängigkeit vom einfallenden Licht bietet. Seine Einflüsse werden zur Zeit sorgfältig untersucht.

Schließlich führt grünes Licht zu physiologischen Veränderungen in der Morphogenese der Pflanzen; es macht die Blätter breiter und fördert das gutartige Schließen der Stomata. Die NASA führte Tests mit Growlights durch und stellte fest, dass ein volles Spektrum von Rot-Blau-Grün mehr Trockenmasse der Ernte erzeugte als ein reines Rot-Blau, was auf die Fähigkeit von grünem Licht hinweist, Erträge zu liefern. Dies lag daran, dass die Pflanze bereits mit rotem und blauem Licht gesättigt war. Daher war ein Gleichgewicht mit grünem Licht effizienter bei der Kohlenstofffixierung in der Photosynthese. Dies stimmt mit der Studie von McCree aus dem Jahr 1972 überein, die feststellte, dass ein starker Grünanteil in einem gemischten Spektrum die größte photosynthetische Aktivität erzeugt.

Verwendung von grünem Licht

Grünes Licht wird definitiv für ein reichhaltiges und gesundes Lichtspektrum benötigt. Fehlt es, verringern sich Wachstum und Ertrag, da Pflanzen bei Lichtsättigung nicht von der zusätzlichen Energie profitieren würden. Pflanzen nutzen grünes Licht auch, um ihren zirkadianen Rhythmus durch Phytochrom, Cryptochrom und Heliochrom zu steuern, was bedeutet, dass es ein wesentlicher Bestandteil der Wachstumssteuerung von Pflanzen ist. Bei excite verwenden wir weiße LEDs, die ein komplettes Spektrum mit einem hohen Grünanteil emittieren. Dies ermöglicht es dem hohen PPFD, mehr Wachstum bei einem Sättigungsgrad zu erzielen als jede andere Art von Licht, bei dem das Grün fehlt.

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