Wie wirkt sich grünes Licht auf die Photosynthese aus – und ist grünes Licht gut für Pflanzen?
Pflanzen und grünes Licht Einführung
Wie beeinflusst grünes Licht die Photosynthese? Wir konzentrieren uns bei der Beleuchtung oft auf blaue und rote Farben, weil Chlorophyll diese Wellenlängen leicht absorbiert, wie die allgegenwärtigen Chlorophyll-Absorptionskurven zeigen (Abbildung 1). Aber was ist mit grünem Licht?
Grünes Licht wird oft übersehen, weil es im Absorptionsbereich stark abfällt (Abbildung 1). In diesem Beitrag werden wir jedoch die bedeutenden Auswirkungen von grünem Licht auf den Indoor-Anbau aufzeigen und erklären, warum das Verständnis der Interaktion von grünem Licht mit Pflanzen für Züchter von entscheidender Bedeutung ist.
Abb. 1 Chlorophyll-Absorptionsdiagramm
Ist grünes Licht gut für Pflanzen?
Viele Jahre lang gingen die Züchter davon aus, dass grünes Licht nur wenig zur Pflanzenentwicklung beiträgt, weil Chlorophyll grüne Wellenlängen weniger effizient absorbiert als rote oder blaue. Dies führte zu dem Missverständnis, dass grünes Licht an Pflanzen „verschwendet“ wird.
Die moderne Forschung zeigt jedoch das Gegenteil: Grünes Licht spielt eine wichtige Rolle bei der Photosynthese von Pflanzen, insbesondere in dichten Baumkronen, wo blaues und rotes Licht nur schwer eindringen kann. Im Gegensatz zu kürzeren Wellenlängen, die an der Blattoberfläche absorbiert werden, erreicht grünes Licht tiefere Gewebeschichten und liefert zusätzliche Photonen für die photosynthetische Aktivität, wo sie am meisten benötigt werden.
Diese tiefere Durchdringung macht die grünen Wellenlängen besonders vorteilhaft für kompakte Pflanzen, Blattgemüse oder Pflanzen, die mit hoher Dichte in Innenräumen angebaut werden. In der Praxis hilft grünes Licht, das Wachstum auszugleichen, die visuelle Qualität zu verbessern und die Leistung der Pflanzen auf eine Weise zu steigern, die mit herkömmlichen Spektren nicht erreicht werden kann.
Wie wirkt sich grünes Licht auf das Pflanzenwachstum aus?
Grünes Licht beeinflusst zahlreiche Aspekte des Pflanzenwachstums, die über die reine Photosynthese hinausgehen. Auf der Ebene des Kronendachs werden grüne Photonen durch die oberen Blätter übertragen und unterstützen die Photosynthese in den schattigen Blättern, wodurch die Energieeffizienz der gesamten Pflanze verbessert wird. Auf physiologischer Ebene interagiert grünes Licht mit Photorezeptoren wie Cryptochromen und Phytochromen und beeinflusst die pflanzliche Signalübertragung, die Stammverlängerung und die Blattexpansion.
Dies macht grüne Wellenlängen wertvoll für die Gestaltung der Biomasseverteilung und die Verbesserung der Lichtausbeute bei LED-Anbausystemen. In kontrollierten Umgebungen verwenden die Züchter grünes Licht, um ein ausgewogeneres Spektrum zu erzielen, das sowohl die strukturelle Entwicklung als auch die Photosynthese im gesamten Blätterdach unterstützt. Kurz gesagt, grünes Licht hilft den Pflanzen, gleichmäßiger zu wachsen, vor allem in Umgebungen, in denen herkömmliche blaue/rote Spektren allein eine ungleichmäßige oder flache Durchdringung verursachen können.
Die McCree-Kurve – ein Widerspruch?
Das am weitesten verbreitete Argument für die Wirksamkeit von grünem Licht ist die McCree-Kurve (Abbildung 2). Die Photosynthese-Experimente von Keith McCree aus dem Jahr 1972 scheinen den traditionellen Absorptionskurven zu widersprechen, denn sie zeigen einen größeren photosynthetischen Beitrag der grünen Farben.
Die McCree-Kurve stellt in der Tat die Wirksamkeit von grünem Licht genau dar. Außerdem gibt es keinen Widerspruch zu den Absorptionskurven – die beiden Diagramme messen unterschiedliche Aspekte der Daten. Hier ist die Erklärung.
Abb. 2 McCree-Kurve
Absorptionskurve erklärt.
Herkömmliche Absorptionskurvendaten stammen von zerkleinerten Pflanzenproben, die in einem Lösungsmittel eingeweicht werden, um das Chlorophyll abzutrennen, das dann in eine flüssige Lösung gegeben wird.
Als Nächstes durchdringen verschiedene Farben des Lichts die Flüssigkeit. Ein Spektralgerät zeichnet die restlichen Farbeigenschaften des durchgelassenen Lichts auf, um zu bestimmen, wie viel von dieser Lichtfarbe die Chlorophylle absorbiert haben.
Die Forscher testen verschiedene Wellenlängen von Rot-, Blau- und Grüntönen, einmal für Chlorophyll-a und einmal für Chlorophyll-b. Sie zeichnen die Daten auf und verwenden sie, um die Absorptionskurven zu erstellen (Abbildung 1).
Abb. 3 Wie die Daten der Absorptionskurve akkumuliert werden.
McCree-Kurve erklärt.
Bei den Experimenten von McCree werden ganze, feste Blätter anstelle von zerkleinerten Pflanzenbestandteilen verwendet, was die abweichenden Daten erklärt. Bei diesen Experimenten werden die Blätter in geschlossene Kammern gelegt und verschiedenen Lichtfarben ausgesetzt.
Die Forscher messen den Anstieg des Sauerstoffs aus der photosynthetischen Atmung in der Kammer, um anzugeben, wie viel Photosynthese bei jeder Lichtfarbe stattgefunden hat. Auf den ersten Blick könnten Sie ähnliche Ergebnisse wie bei den traditionellen Absorptionskurven erwarten, aber ein weiterer Faktor verändert das Spiel.
Abb. 4 Wie die Daten der McCree-Kurve akkumuliert werden
Lichtabsorption des Blattes
Dieser Faktor ist die Dicke des Blattgewebes. Obwohl es optisch flach aussieht, ist ein Blatt in der mikroskopischen Welt ziemlich dick. Die blauen und roten Farben des Lichts durchdringen nur die oberflächlichen Schichten des Blattgewebes (Abbildung 5).
Abb. 5 Lichtabsorption der Blätter (blau-links, rot-rechts)
Broderson und Vogelmann (Funktionelle Pflanzenbiologie 2010 37.403-412)
Grünes Licht dringt jedoch tiefer ein und kann sogar das Blatt durchdringen (Abbildung 6).
Obwohl Chlorophyll einen geringeren Prozentsatz des grünen Lichts absorbiert, hat grünes Licht eine bessere Chance, tiefer im Gewebe mit mehr Chlorophyll in Kontakt zu kommen. Es ist ein Kompromiss – weniger Chlorophyll-Absorptionsfähigkeit, aber größere Blattdurchdringung.
Abb. 6 Lichtabsorption der Blätter (grün-links, ganz rot-rechts)
Broderson und Vogelmann (Funktionelle Pflanzenbiologie 2010 37.403-412)
Außerdem kann ein größerer Anteil des grünen Lichts (und des roten Lichts) durch das Blatt dringen und die Photosynthese in den unteren Zweigen beeinflussen, während blaues und rotes Licht auf die oberste Schicht der Blätter beschränkt ist. Das macht grünes Licht besonders nützlich für dichte, buschige Pflanzen wie Cannabis.
Um dies zu demonstrieren, können Sie ein Spektrometer oder ein spektrales PAR-Messgerät verwenden und eine Lichtaufnahme unter einem Blatt machen – das resultierende Spektrum (Abbildung 7) wird ein Übergewicht an grünem und weit rotem Licht zeigen (>700nm).
Abbildung 7 Spektrum des Sonnenlichts, das durch ein Blatt fällt.
Zusammenfassung
Die Chlorophyll-Absorptionskurven deuten darauf hin, dass grüne Farben in Grow-Lampen nur minimale Auswirkungen haben – dies könnte irreführend sein, wenn Sie versuchen, sie mit der Photosynthese in Verbindung zu bringen.
Im Gegensatz dazu stehen die Daten der McCree-Kurve in direktem Zusammenhang mit der Photosynthese und beinhalten Probenahmen von ganzen Blättern. Es führt einen neuen Faktor für das Eindringen des Lichts in das Blattgewebe ein: Grünes Licht dringt besser in das Blattgewebe ein und dringt bis in die unteren Blattschichten vor, wodurch sich die Kontaktrate zwischen grünen Photonen und Chlorophyllen erhöht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die McCree-Kurve stark darauf hindeutet, dass grüne Farben in Grow-Lampen von Bedeutung sind – und es gibt umfangreiche Forschungsdaten und empirische Beweise, die dies bestätigen.
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Grünes Licht spielt eine einzigartige Rolle in der Pflanzenbiologie, aber viele Züchter haben Schwierigkeiten, es genau zu messen. Die meisten PAR-Messgeräte geben nur die Gesamt-PPFD an und können nicht unterscheiden, wie viel nutzbares grünes Licht die mittlere und untere Baumkrone erreicht – wo die grünen Wellenlängen am meisten zur Photosynthese beitragen.
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- Bewerten Sie, ob die Pflanzendichte blaues/rotes Licht blockiert, während sie grünes Licht durchlässt.
- Vergleichen Sie Beleuchtungskörper auf der Grundlage des tatsächlichen Spektrums, nicht der beworbenen Diagramme
- Messen Sie spektrale Veränderungen im Laufe der Zeit aufgrund von Diodenalterung oder Schmutzansammlungen
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