Wie wirkt sich fernrotes Licht auf das Pflanzenwachstum aus?
Einführung in Far Red LED Grow Light und Pflanzenwachstum
Wie wirkt fernrotes Licht auf Pflanzen?
Die Technologie des fernroten Wachstumslichts wirkt sich in vielerlei Hinsicht auf die Pflanzen aus – manchmal verwirrend, missverstanden und sogar umstritten. Dennoch bleibt es ein wichtiges Thema für Indoor-Züchter, die die Photosynthese und die Blüteleistung optimieren wollen. Zu verstehen, wie fernrote Wellenlängen mit rotem Licht interagieren, hilft auch bei der Beantwortung einer häufig gestellten Frage unter Züchtern: Warum ist rotes Licht gut für die Pflanzen und wie erweitert fernrotes Licht diese Effekte?
Vor kurzem haben wir mehrere Studien und Artikel über fernrotes Licht ausgewertet und beschlossen, die praktischsten Erkenntnisse für Züchter und Beleuchtungsdesigner zusammenzufassen.
- Was ist fernrotes Licht und wie hängt es mit dem Emerson-Effekt zusammen?
- Ｗwarum ist rotes Licht gut für Pflanzen?
- Wie wirkt sich rotes Licht auf das Pflanzenwachstum aus – und wie passt Fernrot dazu?
- Rotes Licht und der Flaschenhals (PSII, PSI)
- Was zeigen echte Experimente über fernes rotes Licht?
- Fernrot und Halmverlängerung
- Rotes Licht und Saatgutruhe
- Far-Red und saisonales Wachstum
- Far-Red bedeutet nicht immer steigende Rendite
- Far-Red kann helfen, muss aber verstanden werden
- Far Red LED Grow Light: Von der Forschung zur praktischen Anwendung
Abb. 1 Pflanze und Licht
Was ist fernrotes Licht und wie hängt es mit dem Emerson-Effekt zusammen?
Woher kommen all diese Vorstellungen von den Vorteilen des fernroten Lichts? Der Emerson-Effekt, der in den 1950er Jahren von Robert Emerson entdeckt wurde, beschreibt, wie die Photosynthese bei Pflanzen angekurbelt werden kann, wenn sie gleichzeitig Licht mit zwei verschiedenen Wellenlängen von rotem Licht ausgesetzt werden.
Kurz gesagt, Emerson fand heraus, dass das Hinzufügen von fernrotem (~700nm) zu rotem Licht (~653nm) zu einem weitaus besseren Ergebnis führte als die Kombination der Ergebnisse der separaten Tests der einzelnen Farben.
- Rotes Licht (653nm) Ausbeute = 53
- Fernrotes Licht (700nm) Ausbeute = 10
- Rot + Fernrot Lichtausbeute =72
(ergibt Sauerstoff pro Quantum absorbiertem Licht)
Abb. 2 Robert Emerson
Die Tatsache, dass die Ergebnisse des Rot+Fernrot-Tests besser waren als die kombinierten Ergebnisse der separaten Tests (Rot und Fernrot), hat unser Verständnis der Mechanismen der Photosynthese revolutioniert.
Emerson vermutete, dass anstelle eines Systems, das die Wirkungen von zwei Wellenlängen des Lichts addiert, zwei verschiedene Systeme zusammenarbeiten müssen, von denen eines das andere verstärkt – diese wurden später als PSII und PSI bekannt.
Ｗwarum ist rotes Licht gut für Pflanzen?
Rotes Licht spielt eine grundlegende Rolle bei der Photosynthese und treibt die Energieproduktion in Pflanzen effizienter an als die meisten anderen Wellenlängen. In Emersons Experimenten zeigte rotes Licht um 653 nm die höchste Ausbeute, wenn es von Photosystem II (PSII) absorbiert wurde, dem primären Reaktionszentrum, das die photosynthetische Aktivität in Gang setzt. Das erklärt, warum rotes Licht gut für Pflanzen ist – es regt Chlorophyllmoleküle an, die für die Umwandlung von Licht in chemische Energie verantwortlich sind.
Wenn jedoch weit rotes Licht (~700 nm) zu rotem Licht hinzugefügt wurde, stieg die Gesamteffizienz der Photosynthese dramatisch an, was zeigt, dass weit rotes Licht rotes Licht ergänzt, anstatt es zu ersetzen. Diese Entdeckung führte zur Identifizierung von zwei Lichtsystemen, PSII und PSI, die zusammenarbeiten, um die Energieumwandlung in Pflanzen zu maximieren.
Wie wirkt sich rotes Licht auf das Pflanzenwachstum aus – und wie passt Fernrot dazu?
Rotes Licht spielt bei der Entwicklung von Pflanzen eine entscheidende Rolle, da es die Photosynthese antreibt und wichtige Prozesse wie die Blüte, die Keimung von Samen und die Streckung der Stängel reguliert. Im Gartenbau ist bekannt, dass rotes Licht mit einer Wellenlänge von 660 nm die Chlorophyllabsorption aktiviert, die dazu beiträgt, Lichtenergie in Zucker umzuwandeln, der das Pflanzenwachstum fördert. Dies erklärt, wie sich rotes Licht auf das Pflanzenwachstum auswirkt und warum rote LEDs zu einer grundlegenden Komponente der meisten Grow-Lichtsysteme geworden sind.
Die Forschung hat jedoch gezeigt, dass Pflanzen sogar noch effizienter reagieren, wenn neben rotem Licht auch fernrotes Licht eingesetzt wird. Die Kombination beider Wellenlängen erhöht die photosynthetische Rate durch einen Mechanismus, der erstmals durch den Emerson-Effekt nachgewiesen wurde. Fernrotes Licht (~700 nm) ergänzt das rote Licht, indem es das Photosystem I (PSI) anregt, das im Tandem mit dem Photosystem II (PSII) – dem rotlichtempfindlichen System – arbeitet, um den gesamten Energieumwandlungsprozess auszugleichen.
Moderne fernrote Growlampen nutzen diese Synergie, um eine gleichmäßigere Beleuchtung der Baumkronen, eine schnellere Blüte und eine verbesserte Biomasseproduktion zu fördern. Anstatt rotes Licht zu ersetzen, erweitern weit rote Wellenlängen dessen Vorteile und schaffen eine vollständige Spektralstrategie, die das Gleichgewicht des natürlichen Sonnenlichts widerspiegelt.
Rotes Licht und der Flaschenhals (PSII, PSI)
PSII und PSI sind Teilsysteme, die sich in der Thylakoidmembran befinden, die in Pflanzenzellen vergraben ist (Sie können hier darüber lesen). Sie können sie sich als Stationen in einer Fabrik vorstellen, in der die Energiespeicher ATP und NADPH produziert werden, um schließlich zur Herstellung von Zucker verwendet zu werden.
Abbildung 3a Die Photosynthese findet in der Thylakoidmembran statt, die tief in einer Pflanzenzelle verborgen ist.
Abbildung 3b Die Thylakoidmembran und die Stationen PSII, PSI
Blaues und rotes Licht wird sowohl im PSII als auch im PSI absorbiert und ist wichtig für die Photosynthese.
Außerdem ist PSII besonders effizient bei der Absorption von rotem Licht bei 680 nm.
Außerdem ist PSI besonders effizient bei der Absorption von fernrotem Licht bei 700 nm
Wenn Sie reichlich blaues und rotes Licht von Ihren Grow Lights haben, findet die Photosynthese statt, aber es wird einen Engpass bei PSI geben. Und warum?
Bei PSI gibt es eine natürliche Reserve, weil die Verarbeitung dort von Natur aus langsamer ist. Da PSI besser in der Lage ist, Fernrot zu absorbieren, sollte das Hinzufügen von Fernrot zu Ihren Grow-Lampen den Prozess beschleunigen.
Kurz gesagt: Fernrotes Licht ist KEIN magisches Wachstumselixier, wie manche Leute aufgrund von Experimenten, die wundersame Ergebnisse zeigen, zunächst glauben mögen – es unterstützt einfach den Prozessfluss von PSII und PSI.
Beim Anbau im Freien haben Sie kein Problem mit Engpässen, da die Sonne reichlich fernrotes Licht liefert (Abbildung 4).
Abbildung 4 Das Spektrum der Sonne enthält viel fernrotes Licht (>700nm)
Was zeigen echte Experimente über fernes rotes Licht?
Wir haben uns drei Studien angeschaut, die zusätzliches fernrotes Licht untersucht haben, und diese Ergebnisse entdeckt.
- Studie 1: 39,4%, 19,0% und 0,0% Zunahme des Trockengewichts bei drei Salatproben.
- Studie 2: 46-77% Zunahme des Trockengewichts und 58-75% Zunahme der Blattfläche bei Kopfsalat.
- Studie 3: 31,72% Anstieg der Blattphotosynthese bei fernrotem Licht.
(siehe Referenzen am Ende.)
Auch wenn diese Studien signifikante Ergebnisse zeigen, müssen wir noch einmal betonen, dass diese Ergebnisse nicht bedeuten, dass zusätzliches fernrotes Licht eine magische Wachstumsmöglichkeit ist – sie bestätigen lediglich, dass der Anbau von Grow-Light von zusätzlichem fernrotem Licht profitieren könnte.
Fernrot und Halmverlängerung
Unter dem Blätterdach eines Waldes nehmen blaues und rotes Licht ab, aber es gibt eine Fülle von fernrotem Licht, das durch die Blätter dringt (siehe Abbildung 5). Dies signalisiert den darunter sprießenden Pflanzen, ihre Stängel zu verlängern und nach besserem Sonnenlicht zu streben, was auch als „Schattenvermeidung“ bekannt ist.
In einer Indoor-Farming-Umgebung können Sie fernrotes Licht und die Verlängerung der Stängel als Vorteile nutzen.
Abb. 5 – Diese Spektrometermessung wurde unter einem Blatt in der Mittagssonne aufgenommen.
Ein positiver Aspekt der Stammverlängerung ist der Erdbeeranbau. Gärtner können weitrotes Licht verwenden, um die Stängel zu vergrößern, was eine bessere Belüftung ermöglicht und Schimmel und Pilze verhindert. Außerdem sind die Früchte bei längeren Stielen besser sichtbar und leichter zu ernten.
Abb. 6 – Fernrotes Licht fördert das Wachstum der Stängel für eine bessere Belüftung
In manchen Fällen ist weitrotes Licht zur Förderung des Stängelwachstums jedoch nicht wünschenswert – vielleicht möchten Sie Ihr Gemüse aus optischen Gründen kurz und gedrungen halten (z. B. Kopfsalat).
Einige Artikel deuten auch darauf hin, dass der Zucker, der für das Wachstum der Stängel verwendet wird, den Ertrag und die Qualität der Früchte an fruchttragenden Pflanzen beeinträchtigt.
Abbildung 7 – Die Farbe im Licht und die Pflanzengröße – Foto mit freundlicher Genehmigung von Al Gracian bei Albopepper.com
Rotes Licht und Saatgutruhe
Die Samen werden oft auf dem Boden unter dem Blätterdach gefunden. Sie können ihre Anwesenheit auch in schattigen Bereichen wahrnehmen, indem sie auf fernrotes Licht reagieren. Aber im Gegensatz zu einem Keim geht der Samen in einen Ruhezustand über und wartet auf eine günstigere Gelegenheit, um zu sprießen.
Abbildung 8 – Samen reagieren auf fernrotes Licht mit einer Ruhephase
Far-Red und saisonales Wachstum
Wenn Sie Pflanzen in Ihrem Garten oder auf Ihrem Balkon haben, bemerken Sie wahrscheinlich vor allem im Frühjahr/Sommer ein kollektives Aufblühen des Wachstums: neue Stängel, frische Blätter und Blüten. Fernrotes und rotes Licht beeinflussen diese magische Umwandlung, indem sie die Struktur eines Phytochrom-Moleküls beeinflussen.
Wenn Tag- und Nachtstunden gleich sind, erreicht das Phytochrom eine Art Stase. Aber mit dem Eintreffen des Frühlings/Sommers werden die Tagesstunden länger, was zu einer Verschiebung des Einflusses von fernem rotem und rotem Licht auf den Phytochromstatus führt – und das löst das saisonale Wachstum aus.
Alles über das saisonale Wachstum können Sie hier nachlesen .
Abb. 9 – Das Phytochrom-Molekül, der Schlüssel zum saisonalen Wachstum.
Abbildung 10 – Das saisonale Wachstum wird durch die Tageslichtstunden bestimmt
Far-Red bedeutet nicht immer steigende Rendite
Das Endprodukt der Photosynthese ist Zucker. Aber nur weil Sie einen Überfluss an Zucker durch zusätzliches fernrotes Licht haben, bedeutet das nicht, dass die Pflanzenerträge steigen.
Die DNA im Zellkern einer Pflanze durchläuft eine Checkliste von Punkten (Checkpoint-Kontrolle), bevor sie es für richtig hält, das Wachstum auszulösen. Es bewertet Temperatur, Feuchtigkeit, Hormonverfügbarkeit, Wasserverfügbarkeit, Pflanzenstress usw. Nur weil Sie über blaues, rotes und fernes rotes Licht verfügen, um die Photosynthese angemessen zu fördern, erzielen Sie möglicherweise noch nicht die gewünschten Ergebnisse.
Abb. 11 – Der Zellkern der Pflanzenzelle steuert alle Funktionen der Zellteilung.
Abbildung 12 – Das 4. Stadium des Zellzyklus ist die Zellteilung (Mitose) – von Ali Zifan (wikipedia-CCBY-SA 4.0)
Und denken Sie daran: Jede Pflanze ist anders
Jede Pflanzenart hat ihre eigenen Macken. Was für den einen perfekt funktioniert, ist für den anderen vielleicht nicht ideal. Ihre Besonderheiten liegen tief in der DNA des Zellkerns als Teil des Masterplans der Evolution, dem Überleben des Stärkeren.
Abb. 13 – Fernrot-, Rot- und UV-Lichtmessungen mit einem Spectral PAR-Meter.
Far-Red kann helfen, muss aber verstanden werden
In diesem Artikel haben wir versucht, alle Aspekte des fernroten Lichts zu behandeln
Aber wir haben festgestellt, dass es nicht so einfach ist, das Rotlicht einzuschalten und den Ertrag zu steigern, denn Sie müssen viele Aspekte des Rotlichts berücksichtigen: PSI-Engpässe, Stammverlängerung, saisonales Wachstum und Überlegungen zum Zellkern / zur DNA.
Außerdem haben alle Pflanzen ihre Eigenheiten – wenn Sie schon einmal versucht haben, Pflanzen zu züchten, lernen Sie schnell, dass das, was für eine Pflanze gut ist, für eine andere vielleicht nicht funktioniert. Wenn Sie jedoch die Nuancen des fernroten Lichts verstehen, haben Züchter eine bessere Chance, durch Experimentieren und Optimieren der Parameter fernrote Ergebnisse zu erzielen.
Alle Messdaten in diesem Artikel wurden mit einem UPRtek Spectral PAR-Messgerät aufgenommen.
Far Red LED Grow Light: Von der Forschung zur praktischen Anwendung
Während die Forschung uns hilft, das komplexe Verhalten von fernrotem Licht zu verstehen, verlassen sich Züchter auf fernrote LED-Zuchtlichtsysteme, um diese wissenschaftlichen Erkenntnisse in messbare Ergebnisse umzusetzen.
Moderne LED-Wachstumslichttechnologien sind heute mit einer präzisen Spektralabstimmung ausgestattet, die es dem Benutzer ermöglicht, rote und fernrote Wellenlängen für bestimmte Pflanzen oder Wachstumsstadien auszugleichen.
Durch die Verwendung eines weit rot leuchtenden LED-Zuchtlichts können Züchter die natürlichen Lichtbedingungen nachbilden, die die Photosyntheseeffizienz, die Blütenbildung und den Aufbau von Biomasse fördern. Es ist jedoch keine Einheitsformel – jede Spezies reagiert anders auf weit rote Strahlung, und die Feinabstimmung der Spektralverhältnisse ist nach wie vor unerlässlich.
Aus diesem Grund sind genaue Spektralmessgeräte wie das UPRtek PG200N Spectral PAR Meter unverzichtbar. Sie ermöglichen es Forschern und Züchtern, die Leistung von Fernrot zu analysieren und zu optimieren. So wird sichergestellt, dass Beleuchtungsstrategien datengesteuert sind und nicht auf Versuch und Irrtum beruhen.
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