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Was ist der Phytochrom-Photostationärzustand (PSS)?

von | 2021/03/09 | blogs, Lichter wachsen lassen

PSS – Sämling bis Keimling bis blühende Pflanze

Was ist PSS? Pflanzen entwickeln sich in bestimmten Monaten vom Sämling über den Keimling zur blühenden Pflanze – aber woher wissen sie, wann sie sich verwandeln?

Bei vielen Pflanzen wird diese jahreszeitliche Veränderung durch den Stand und die Dauer der Sonne auf ihrem Weg über den Himmel gefördert. Wir werden uns eine Lichtmetrik namens PSS ansehen, um zu sehen, wie wir Grow Lights verwenden können, um die gleiche Veränderung bei Zimmerpflanzen auszulösen.

Dies hat viele praktische Auswirkungen für Pflanzenfabriken, da sie die Jahreszeiten simulieren und die Produktion über das ganze Jahr hinweg regulieren können. Du kannst zum Beispiel das Wachstum deiner Rosen so einstellen, dass es vom Sämling zum Keimling zur Blüte wechselt, pünktlich zum Valentinstag.

Woher weiß eine Pflanze, wann sie austreiben muss?

“Wie löst der Stand und die Dauer der Sonne die Photomorphogenese (d.h. die durch Licht verursachte Formveränderung) aus?

Es gibt einen Photorezeptor (Zelle) in Samen, der Phytochrom genannt wird und rotes Licht absorbiert – sein ursprünglicher Zustand oder seine Isoform wird Pr genannt (das “r” steht für rotes Licht). Wenn dieses Phytochrom ein Rotlichtphoton absorbiert, ändert es seinen physikalischen Zustand von Pr zu Pfr („fr“ bedeutet dunkelrot). Wenn das Pfr ein weit rotes Photon absorbiert, wandelt es sich wieder in Pr um.

Phytochrom

Phytochrom-Molekularrot/Fernrot-Darstellung

Sonnenlicht enthält sowohl rotes Licht als auch fernes rotes Licht, aber tagsüber enthält das Sonnenlicht mehr rotes Licht als fernes rotes Licht. Das bedeutet, dass mehr Pr in Pfr umgewandelt wird als umgekehrt. In der Nacht werden die Pfr-Phytochrome jedoch auf natürliche Weise wieder zu Pr abgebaut. In der Tat steigt die Pfr-Konzentration tagsüber an. Während der Nacht steigt die Pr-Konzentration an.

Es handelt sich um ein Wechselspiel von steigenden und fallenden Pr- und Pfr-Phytochromen. Das Verhältnis zwischen diesen beiden wird sich ändern, da die Tage im Sommer länger sind. Und die Konzentration von Pfr zu Pr wird schließlich einen Schwellenwert erreichen, der die Photomorphogenese, die Umwandlung vom Samen zum Spross, auslöst.

In den Wintermonaten, wenn die Sonne tiefer am Horizont steht und die Tage kürzer sind, ist das Gegenteil der Fall. Tagsüber wechseln noch Pr-Phytochrome zu Pfr-Phytochromen und Pfr zu Pr. Allerdings werden aufgrund der längeren Nächte mehr Pfr-Phytochrome wieder zu Pr abgebaut. Die geringere Konzentration von Pfr zu Pr verhindert die Photomorphogenese.

Wie kann man eine Pflanze mit einem Grow Light zum Keimen bringen?

Wenn man das Verhältnis von rotem Licht zu fernem roten Licht kontrollieren kann, kann man das Verhältnis von Pr zu Pfr kontrollieren und in der Folge die Photomorphogenese in Samen und in der Blüte von Pflanzen regulieren.

Phytochrom PSS oder Phytochrom Photostationary State ist einfach das Verhältnis von Pr Phytochromen zum Aggregat Pr + Pfr Phychromen.

Natürlich kann man nicht direkt die Pfr- und Pr-Phytochrome in einem Keimling zählen, um dieses Verhältnis zu bestimmen. Sie können jedoch messen, wie eine Lichtquelle dieses Verhältnis beeinflusst, denn rotes Licht korreliert mit Pr und fernes rotes Licht korreliert mit Pfr. Wie Sie sehen können, hat die PSS-Berechnung für Licht die gleiche Struktur wie die für Phytochrome berechnete PSS.

Siehe Phytochrom und PSS von Ian Ashdown “All things Lighting” 20190215

Ein höherer PSS begünstigt die Hemmung der Photomorphogenese.

Ein niedriger PSS begünstigt die Photomorphogenese

PSS ist grundsätzlich ein Verhältnis von Pr zu Pfr

LED-Leuchten und PSS

LEDs haben einen großen Einfluss auf die Landwirtschaft, da die SPD auf die für die Photosynthese benötigten Wellenlängen abgestimmt werden können. Die Beleuchtung in der Landwirtschaft ist heute effizienter und energiesparender denn je. Und jetzt können dieselben Technologien auf die Photomorphogenese und das Rot-/Fernrotlicht angewendet werden.

Allerdings sind LEDs von Natur aus ungenau (Binning und CCT) und es stellt sich die Frage, ob die Wellenlängenziele genau getroffen werden.

Lange Zeit waren Präzisions-Lichtmessgeräte für die exakte Messung und Umsetzung von rotem und fernrotem Licht nicht ohne weiteres verfügbar. Hier sind Produkte wie die PG200N-Spektrometer wichtig, ein tragbares Gerät mit Präzisionsmessung, das Landwirten hilft, die beste Beleuchtung für PSS-basierte Wachstumsstrategien zu erhalten.

pg200n and red-blue LED

Blühende Pflanzen und PSS

Pflanzen folgen den gleichen grundlegenden Mechanismen, um zu bestimmten Zeiten des Jahres zu blühen. Verschiedene Pflanzen blühen jedoch zu verschiedenen Jahreszeiten. Einige Pflanzen blühen, wenn die Tage länger sind (Sommer) – wir nennen sie “Langtagpflanzen”. Andere können blühen, wenn die Tage kürzer sind (Sprint/Winter) – sie werden “Kurztagpflanzen” genannt. Wie Sie vielleicht schon vermutet haben, ist der Schwellenwert des PSS-Verhältnisses zum Auslösen der Blüte zwischen Langtags- und Kurztagspflanzen entgegengesetzt.

Steuerung der Jahreszeiten

Wenn Landwirte PSS-Strategien genau umsetzen und saisonale Pflanzenaktivitäten kontrollieren können, hat dies wichtige Auswirkungen auf die Indoor-Landwirtschaft. Mit dem Aufkommen neuer LED-Technologien und kostengünstiger Spektrometer sind die Möglichkeiten vielversprechender denn je.

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