Das Verständnis, wie Pflanzen das Licht unter schattigen Bedingungen nutzen, wirft Fragen zur Effizienz der Photosynthese und zu Methoden zur Verbesserung der landwirtschaftlichen Erträge auf. Neuere Forschungen beleuchten neue Aspekte dieser Interaktion zwischen Pflanzen und Licht und bieten neue Möglichkeiten für den Gewächshausgartenbau.
Pflanzen, die im Schatten anderer Pflanzen leben, erhalten mehr Licht, als Wissenschaftler ursprünglich angenommen hatten. Ein Forscherteam der Universitäten Utrecht und Wageningen beschrieb in einem kürzlich in der Fachzeitschrift Plant Cell & Environment veröffentlichten Artikel, wie dieses Licht genutzt wird. Ihre Erkenntnisse erweitern nicht nur das Wissen darüber, wie die Photosynthese unter schattigen Bedingungen funktioniert, sondern können auch für den Gewächshausgartenbau von Nutzen sein.
« Wenn wir besser verstehen, wie unterschiedliche Lichtfarben die Photosynthese und das Pflanzenwachstum beeinflussen, können wir Landwirten dabei helfen, intelligente Methoden zu entwickeln, um natürliches Licht durch farbiges Licht zu ergänzen. »
Photosynthese, grünes und infrarotes Licht
« Der Effekt tritt bei Pflanzen auf, die von anderen Pflanzen beschattet werden “, erklärte Hugo de Boer, Umweltwissenschaftler an der Universität Utrecht, der die Studie initiierte.
Dies liegt daran, dass Pflanzen nur einen Teil des Sonnenlichts für die Photosynthese einfangen, den Prozess, bei dem sie Licht und CO₂ in Glukose umwandeln. Etwas Licht dringt durch ihre Blätter, meist in Form von grünem Licht. Wir können dieses Phänomen beobachten, wenn wir in die Baumkronen des Waldes blicken: Die Blätter über uns sehen aus wie grüne Filter. Ein ähnlicher Effekt tritt bei Licht jenseits des sichtbaren Teils des roten Spektrums im Frequenzbereich von 700 bis 750 nm auf, der als „Far Red“ bezeichnet wird.
« Pflanzen, die im Schatten anderer Pflanzen wachsen, erhalten einen größeren Anteil an grünem und dunkelrotem Licht als solche, die der vollen Sonne ausgesetzt sind. Unsere Forschung zeigt, dass Pflanzen den tiefroten Teil des Lichtspektrums auf besondere Weise für die Photosynthese nutzen. »
« Bisher haben Forscher kaum darüber nachgedacht, dass Pflanzen tiefrotes Licht für die Photosynthese nutzen “, fügte Tinko Jans, Doktorandin an der WUR, hinzu. Denn frühere Experimente mit monochromatischem Licht haben gezeigt, dass Pflanzen für die Photosynthese hauptsächlich Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich (400 bis 700 nm) nutzen und dass Licht mit kürzeren oder längeren Wellenlängen kaum zu diesem Prozess beiträgt.
« Aber durch die Kombination von tiefrotem Licht mit einer kleinen Menge sichtbaren Lichts trägt es tatsächlich erheblich zur Photosynthese bei. Daher haben wir eine neue Methode entwickelt, um zu messen und zu modellieren, wie zusätzliches fernrotes Licht zur Photosynthese beiträgt. »
Eine Schattenvermeidungsreaktion
Wissenschaftler und Gärtner wissen seit einiger Zeit, dass Pflanzen den tiefroten Teil des Lichtspektrums nutzen können, um benachbarte Pflanzen anhand der Schatten, die sie werfen, zu erkennen. Tinko Jans bemerkte: „ Viele Pflanzen reagieren auf eine relative Zunahme des dunkelroten Lichts, indem sie nach oben wachsen, um die Konkurrenz um Licht zu gewinnen. Diese Schattenvermeidungsreaktion kommt auch Gärtnern zugute, da sie dadurch mehr Pflanzen dicht beieinander anbauen können. Jüngste Entwicklungen in der LED-Technologie haben der Erforschung der Reaktion von Pflanzen auf Schatten und der Verwendung von dunkelrotem Licht im Gartenbau große Impulse gegeben. »
« In früheren Experimenten haben wir auch die Schattenvermeidungsreaktion untersucht », fügte Hugo De Boer hinzu. „Unsere beschatteten Pflanzen zeigten nicht nur morphologische Veränderungen, sondern begannen auch viel schneller zu wachsen, als wir versuchten, sie durch die Installation von LED-Leuchten als Ergänzung zum tiefroten Licht auszutricksen. Zu unserem Erstaunen waren unsere Pflanzen durchaus in der Lage, dieses zusätzliche Licht für die Photosynthese zu nutzen. »
Die Forscher führten zahlreiche Photosynthesemessungen mit unterschiedlichen Lichtfarben und -intensitäten durch. Hugo De Boer kam zu dem Schluss: „ Die Quantifizierung der Wirkung von Farben auf die Photosynthese erwies sich jedoch als weitaus schwieriger, da die verfügbaren mathematischen Modelle und Messmethoden auf der Annahme basierten, dass Pflanzen nur Licht im sichtbaren Spektrum nutzen. Daher haben wir ein häufig verwendetes Photosynthesemodell angepasst, um die Wirkung von Farben zu quantifizieren, indem wir Messungen der Photosynthese und des gesamten Lichtspektrums, das das Blatt erreicht, kombinieren. »
Bildunterschrift: Forscher Dr. Hugo de Boer setzt eine Versuchspflanze (Bittersweet) in experimentelle Lichtbedingungen mit reduziertem Rot- und Fernrotlicht. Bildnachweis: Universität Utrecht
Artikel: „PCE-Kopplungsmodellierung und Experimente zur Analyse der Blattphotosynthese unter fernrotem Licht“ / (10.1111/pce.15340) – Universität Utrecht – Veröffentlichung in der Zeitschrift Plant Cell & Environment
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