Inleiding

De zon is de belangrijkste energiebron voor de ontwikkeling van biomassa en de werking van de levensprocessen op onze planeet. De energie van de zon wordt in de vorm van elektromagnetische straling de ruimte ingestraald en slaat in verschillende golflengten neer op de aarde. Het menselijk oog neemt licht gewoonlijk waar in het golflengtebereik van 380-780 nanometer (nm). Net zoals het menselijk oog een lichtwaarneming en -gevoeligheid heeft, hebben planten hun speciale gevoeligheidscurve voor fotosynthese. Planten absorberen het deel van het licht in het golflengtegebied van 400-700 nm. De fotosynthetisch actieve straling wordt afgekort als “PAR”.

Plantengroei wordt aangedreven door drie processen die afhankelijk zijn van licht:

Fotosynthese (metabolisme)
Fotomorfogenese (vormontwikkeling)
Fotoperiodisme (daglengte reactie)

Fotosynthese

Het belangrijkste van deze processen is de fotosynthese: de basis voor de groei en ontwikkeling van planten. Simpeler gezegd is het een proces dat alle planten gebruiken om de energie uit het zonlicht te verzamelen. De planten slaan de verzamelde energie op als koolhydraten, zodat het zonlicht in feite als voedsel voor de plant dient. Het licht wordt geabsorbeerd met behulp van het pigment chlorofyl.De twee belangrijkste chlorofylen zijn chlorofyl A en chlorofyl B pigmenten, evenals andere hulp pigmenten, zoals de carotenoïden. Zoals te zien in Fig. 1 chlorofyl A absorbeert het licht in de blauwe en rode golflengten, met absorptiepieken bij 430 nm en 662 nm. Groen en verrood licht worden echter niet of nauwelijks geabsorbeerd. Chlorofyl B gebruikt een vergelijkbaar bereik, met absorptiepieken bij ongeveer 453 nm en 642 nm. Hulppigmenten, zoals hier bètacaroteen, gebruiken kleinere delen van het lichtspectrum met absorptiepieken bij 400-500 nm.Chlorofyl A is het belangrijkste pigment voor de omzetting van^CO2 in koolhydraten. De hulppigmenten geven de geabsorbeerde energie door aan chlorofyl A, in feite verbreden ze alleen het actiespectrum. Het actiespectrum is de gevoeligheidscurve van het licht op de fotosynthese van planten. Om nauwkeurige uitspraken te kunnen doen over de lichtabsorptie van verschillende pigmenten, voerden wetenschappers een complex meetproces uit met een spectrofotometer waarbij elke golflengte werd getest op de specifieke absorptiesnelheid. Het resultaat van de activiteit van hoofdpigmenten en hulppigmenten wordt grafisch weergegeven in het actiespectrum (Fig. 2).Als je het actiespectrum (fig. 2) vergelijkt met het overeenkomstige absorptiespectrum van chlorofyl A (fig. 1), zul je zien dat ze niet overeenkomen. In feite leidt het absorptiespectrum tot de conclusie dat fotosynthese voornamelijk wordt aangedreven door blauw en rood licht (en het minst door groen licht). Het fotosynthetische actiespectrum vertelt ons waar het gemiddelde van alle chlorofylen het sterkst wordt geabsorbeerd. Veel mensen passen ten onrechte de absorptiespectrumcurve toe om het optimale lichtspectrum te bepalen en gaan ervan uit dat alleen rood en blauw primair moeten worden gebruikt. Dit is niet helemaal waar, want een breder lichtspectrum is veel effectiever dan een lichtspectrum met smalle banden (bijvoorbeeld alleen blauw en rood). Vooral in de binnenomgeving, wanneer afzonderlijke kleuren met een zeer hoge intensiteit worden uitgestraald, kan de plant een lichtverzadiging bereiken en wordt slechts een klein deel van dit licht verwerkt. In kassen zijn blauw en rood een goede aanvulling op het brede spectrum van zonlicht.

Fig. 1: Absorptiespectrum chlorofyl A, B en bètacaroteen

Fig. 2: Actiespectrum

Fotomorfogenese

Fotomorfogenese is de invloed van licht op de vorm van planten. Een groot deel van het licht in het blauwe spectrale bereik leidt tot korte en bossige plantengroei met korte internodiën. Daarentegen zorgt een hoge concentratie van het rode spectrum ervoor dat je planten groot worden en weinig zijtakken hebben.

Wat is het vermogen van een excite groeilamp op dit gebied? Voorbeeld: Laat je planten eerst kort en bossig groeien met buitengewoon strakke internodiën en stel ze vanaf de 2e bloeiweek bloot aan het volledige rode spectrum voor een maximale opbrengst.

Fotoperiodisme

Fotoperiodisme is het fenomeen dat planten verschillend reageren op de lengte van de licht- en donkerperioden. Sommige planten leiden alleen tot bloei wanneer de duur van de dagelijkse blootstelling onder een kritieke waarde ligt (korte-dag planten); terwijl andere planten alleen tot bloei leiden wanneer het dagelijkse licht boven deze kritieke waarde ligt (lange-dag planten). Het proces van fotoperiodisme wordt ook beïnvloed door de golflengte van het licht. Rood licht brengt het fytochroom in een actieve vorm. De actieve fytochroomreactie maakt de plant wakker om de fotosynthese te starten en wordt ook Pr (fytochroomrood) genoemd. Infrarood licht activeert de inactieve fytochroomreactie, ook wel Pfr (fytochroom verrood) genoemd. In de inactieve Pfr-vorm gaat de plant slapen. Tijdens de donkere periode regenereert de plant en ontwikkelt ze bloemen.

Het fotosynthetische spectrum

Bepaalde golflengtes en kleuren zijn van vitaal belang voor de plant en bepaalde andere onderdrukken de fotosynthese. De juiste combinatie van golflengten in je LED kweeklamp is essentieel voor een gezonde en natuurlijke plantengroei. De meeste planten hebben de hoogste fotosynthesesnelheid in het blauwviolette, oranje en rode licht en een minimum in het groene lichtspectrum.

UV-licht

UV-licht is onzichtbaar voor mensen en is onderverdeeld in drie soorten: UV-A, UV-B en UV-C.UV-A bevindt zich in het golflengtebereik van 315-400 nm en wordt meestal door de atmosfeer doorgelaten voordat het de aarde bereikt. UV-A was lange tijd geen belangrijke sleutel tot fotosynthese voor ^{wetenschappers1}. Recente studies hebben aangetoond dat UV-A-straling positieve effecten heeft op de groei en bloei van planten2^,3. Dit betekent dat straling buiten het PAR-spectrum invloed heeft op de fundamentele fotosyntheseprocessen.Wanneer we de term UV-licht gebruiken, associëren we het vaak met UV-B. UV-B bevindt zich in het golflengtebereik tussen 290-315 nm en wordt meestal gefilterd door de ozonlaag (waar deze voldoende dik is). UV-licht veroorzaakt over het algemeen problemen, zowel voor ons mensen als voor planten. Te veel UV-B-licht kan de groei van planten remmen4^enbelangrijke nucleïnezuren vernietigen^.5 PAR-licht en UV-A stimuleren de productie van chloroplasten (waaronder bètacaroteen) om het afweersysteem tegen stress en ziekten te versterken, en bieden enige bescherming tegen UV-B-stralen. Permanente blootstelling aan UV-B moet echter in elk geval worden vermeden^.6Bepaalde plantensoorten kunnen profiteren van UV-B. Tijdens de bloeifase kan de productie van krachtige bloemen worden ^versneld7. Door de celbeschadiging door UV-B probeert de plant de blootgestelde cellen te beschermen door een verhoogde harsproductie.

UV-B-stralen zouden idealiter zijwaarts op de plant moeten schijnen en niet van bovenaf, om de schade aan de planten te minimaliseren. Voor deze methode raden we aan om een tijdgestuurde T5/T8 UV-B lamp te gebruiken voor max. 3-4 uur tijdens de laatste 3 weken van de bloei.

UV-C is ver verwijderd van zichtbaar licht op 200-290 nm. Er gaat maar heel weinig UV-C-straling door de atmosfeer en daarom werd het in de wetenschap niet als belangrijk voor bio-organismen beschouwd.

Blauw-Violet en Blauw

Het blauwviolette en blauwe bereik van het licht heeft een spanwijdte van ongeveer 400-520 nm. Golflengten in het blauwe gebied zijn fundamentele aanjagers van de fotosynthese^.8 Hoe meer licht planten ontvangen uit het blauwviolette en blauwe spectrum, hoe groter de bladeren zullen zijn. Blauwe golflengten spelen een cruciale rol in de ontwikkeling van chloroplasten^.4 Chloroplasten zijn de delen van de bladcellen die chlorofyl bevatten en zich bezighouden met fotosynthese.Blauw licht speelt verschillende belangrijke rollen in de fotomorfogenese van planten, waaronder de regulatie van de ^huidmondjes9, de waterbalans en^{CO2-uitwisseling}, de natuurlijke ^{vormontwikkeling10} en de controle van ^{fototropisme11}(lichtgevoeligheid).

Groen

Het middengebied van het zichtbare spectrum strekt zich uit van groen bij ongeveer 520 nm en loopt in een gele kleur tot ongeveer 600 nm. Er werd aangenomen dat de groene kleuren in dit gebied niet of nauwelijks worden geabsorbeerd door de meeste planten. Wetenschappers stelden eenvoudigweg dat de bladeren groen zijn omdat ze groen licht weerkaatsen. Dit is de reden waarom chlorofyl een groen uiterlijk heeft, wat op zijn beurt de bladeren de groene kleur geeft. Er werd volledig genegeerd dat carotenoïden en andere hulppigmenten licht absorberen in het midden van het spectrum. Recente studies hebben aangetoond dat de planten het grootste deel van het groene licht absorberen^.12

Rood en ver rood

Rood licht is de meest effectieve golflengte voor fotosynthese4^,7. Infrarood licht wordt meestal door de plant gebruikt om concurrerende planten te detecteren op basis van schaduwvorming^.13Het rode kleurenspectrum strekt zich uit van 600 – 730 nm, terwijl infrarood begint bij 730 nm en eindigt bij ongeveer 1.400 nm. Zowel rood licht als infrarood beïnvloeden de reactie van het fytochroom en de transformatie tussen de actieve en inactieve vormen (Pr en Pfr). Voor een optimale fotosynthese moeten zowel rood als infrarood beschikbaar zijn voor de plant^.7In feite zijn de effecten van rood licht op fotosynthese vergelijkbaar met de effecten van het blauwe lichtspectrum^.8

Bronnen:

¹ Caldwell M. (1971): Solar ultraviolet radiation and the growth and development of higher plants. In: Fotofysiologie. Academic Press, New York.

² Yao X., Liu Q. (2006): Changes in morfological, photosynthetic and physiological responses of Mono Maple seedlings to enhanced UV-B and to nitrogen addition.

³ Barta C., Kalai T., Hideg K., Vass I. en Hideg E. (2004). Verschillen in de ROS-genererende efficiëntie van verschillende ultraviolette golflengtes in losgelaten spinaziebladeren.

⁴ Zheng, J., Hu, M., & Guo, Y. (2008): Regeling van fotosynthese door lichtkwaliteit en het mechanisme ervan in planten.

⁵ Strid, A., Chow, W., & Anderson, J. (1994): UV-B schade en bescherming op moleculair niveau in planten.

⁶ Fernando J., Fernando H., António E., Maria Manuela A., Maria Paula Duarte & José C. Ramalho (2012): Impact van UV-B-straling op fotosynthese – een overzicht.

⁷ Lydon, J., Teramura, A., RH, & Coffmann, C. (2008): UV-B Radiation Effects on Photosynthesis, Growth and Cannabioid Production of two Cannabis sativa Chemotypes.

⁸ Hogewoning, S., Trouwborst, H., Maljaars, H., Poorter, H., van Leperen, W. & Harbinson, J. (2010): Blue light dose-responses of leaf photosynthesis, morphology, and chemical composition of Cucumis sativus grown under different combinations of red and blue light.

⁹ Schwartz, A. & Zeiger E. (1984): Metabole energie voor het openen van de huidmondjes. Rol van fotofosforylering en oxidatieve fosforylering.

¹⁰ Cosgrove, D. (1981): Snelle onderdrukking van groei door blauw licht.

¹¹ Blaauw en Blaauw-Jansen, (1970): De fototrope reacties van Avena coleoptielen.

¹² Terashima I., et al (2009): Green Light Drives Leaf Photosynthesis More Efficiently than Red Light in Strong White Light: De raadselachtige vraag waarom bladeren groen zijn opnieuw bekeken

¹³ Eskins, K., (1992): Effecten van lichtkwaliteit op de ontwikkeling van Arabidopsis. Rood, blauw en verrood regulatie van bloei en morfologie.