Was ist der Phytochrom-Photostationärzustand (PSS)?
Einführung | Photostationärer Zustand des Phytochroms
Pflanzen durchlaufen im Laufe ihres Lebenszyklus komplexe Veränderungen, vom Sämling zum Spross und schließlich zur blühenden Pflanze.
Diese Prozesse werden durch Umweltfaktoren wie Licht reguliert. Der Kern dieser Regulierung ist der Phytochrom-Photostationäre Zustand (PSS), ein kritischer Messwert, der Pflanzen hilft, auf das Gleichgewicht von rotem und fernrotem Licht zu reagieren.
Das Verständnis von PSS ist nicht nur eine akademische Übung – es hat praktische Bedeutung für die moderne Landwirtschaft. Mit dem Aufkommen moderner Wachstumslampen und präziser Messwerkzeuge können Landwirte PSS jetzt nutzen, um das Pflanzenwachstum in Innenräumen zu optimieren und saisonale Bedingungen zu simulieren, um Blüte- und Produktionszyklen zu regulieren.
Diese Innovation eröffnet Möglichkeiten für konstante und effiziente landwirtschaftliche Erträge, auch in kontrollierten Umgebungen.
Was ist PSS (Phytochrome Photostationary State)?
Was ist PSS (Phytochrom Photostationary State)? 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?
In Samen (und Pflanzen) gibt es einen Photorezeptor (Protein) namens Phytochrom, der 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 es umgekehrt. 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.
Das Verhältnis von rotem Licht zu fernrotem Licht im Sonnenlicht spielt eine entscheidende Rolle bei der Auslösung der Photomorphogenese, die durch die Wechselwirkung zwischen Pr- und Pfr-Phytochromen gesteuert wird. Dieser Prozess ist für die Pflanzenentwicklung von wesentlicher Bedeutung, und der Phytochrom-Photostationäre Zustand (PSS) dient als messbare Größe zum Verständnis und zur Kontrolle dieser Veränderungen bei Pflanzen.
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
LED-Leuchten haben die Landwirtschaft in Innenräumen revolutioniert, da ihre spektrale Leistungsverteilung (SPD) präzise auf bestimmte, für die Photosynthese erforderliche Wellenlängen abgestimmt werden kann. Diese Präzision ermöglicht es Pflanzenzüchtern, die natürlichen Lichtbedingungen zu simulieren und die Wachstumszyklen der Pflanzen effizienter als je zuvor zu optimieren.
Für Pflanzenzüchter ermöglicht das Verständnis des Phytochrom-Photostationärzustands (PSS) eine gezieltere Steuerung von Pflanzenwachstum und Blüte. Durch eine sorgfältige Anpassung des Gleichgewichts zwischen rotem und fernrotem Licht können Züchter wichtige Prozesse wie die Photomorphogenese und den Blütezeitplan beeinflussen, was den PSS zu einer unschätzbaren Größe im modernen Pflanzenanbau macht.
Um jedoch den optimalen PSS für das Pflanzenwachstum zu erreichen, sind genaue Messungen erforderlich. Deshalb sind Werkzeuge wie das Spektrometer PG200N unverzichtbar. Diese Instrumente tragen dazu bei, dass das Lichtspektrum genau auf die spezifischen Bedürfnisse der Pflanzen abgestimmt ist, wodurch sowohl die Effizienz als auch die Ergebnisse in der Indoor-Landwirtschaft verbessert werden.
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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.
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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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