Horticulture Lighting Was ist der Nutzen von dunkelrotem Licht?

Der Photoperiodismus und der zirkadiane Rhythmus

Pflanzen sind auch sensibel für die Verschiebung der Wellenlängen von rotem zu blauem Licht, die bei Sonnenaufgang und – entgegengesetzt – bei Sonnenuntergang stattfindet. Außerdem können sie die Dauer dieser täglichen Ereignisse wahrnehmen, was sich auf Pflanzenprozesse wie die Blüte auswirkt. Wie die meisten Lebensformen muss auch der natürliche Rhythmus der Welt mit Aktivitäts- und Ruhephasen angepasst werden, um den Energieaufwand auf den Zeitpunkt zu begrenzen, zu dem er am effektivsten und nützlichsten ist. So ist es beispielsweise in der Regel nicht vorteilhaft, wenn eine Pflanze nachts oder im Winter blüht, wenn in diesen Zeiten nur wenige oder keine Bestäuber aktiv sind.

Während sich die Pflanzen entwickeln, gibt es eine vegetative Phase (Wachstum) und eine reproduktive Phase (Blüte). Während sich die Pflanzen, Blätter und Triebe während der Wachstumsphase durch die Photosynthese entwickeln, findet in der Blütephase fast kein Wachstum statt. Durch die Entwicklung von Blüten können Pflanzen bestäubt werden und Früchte oder Samen produzieren. Der Prozess der Blütenproduktion ist nach Auslösung irreversibel, sodass der Zeitpunkt dieser Phase entscheidend ist. Die gezielte Beeinflussung der Blütenbildung spielt gerade für Zierpflanzen- und Samenproduzenten eine enorm wichtige Rolle.

Das Phytochromsystem ist das Schlüsselsystem zur Identifizierung und Reaktion auf diese Veränderungen. Phytochrom Pr wird von der Pflanze bei Dunkelheit produziert und akkumuliert. Das tagsüber durch dunkelrotes Licht erzeugte Pfr kehrt langsam in die inaktive Pr-Form (Halbwertszeit = 2,5 h) zurück, was als Dunkelreversion bezeichnet wird. Tagsüber wird die Pr-Form in Pfr umgewandelt, wodurch das Pr/Pfr-Gleichgewicht wiederhergestellt wird. Daher ist das Verhältnis von Pr/Pfr in der Nacht hoch, während es tagsüber niedrig ist. Die Wirkung der Reaktion des Phytochromsystems auf diese Veränderungen hängt von der Art der Pflanze ab. Pflanzen können in Langtagspflanzen (LDP) und Kurztagspflanzen (SDP) unterteilt werden. SDP brauchen eine Dunkelphase zur Blüte, die nicht durch Licht unterbrochen werden darf. Wird diese Dunkelphase nicht erreicht, blüht die Pflanze nicht. Umgekehrt benötigen LTP eine Beleuchtungsphase, um zu blühen.

Die Hyper-Red-LED emittiert 660-nm-Licht im roten Spektralbereich und die 730-nm-LED im dunkelroten Spektralbereich. Eine Pflanze, die im Vergleich zu blauem Licht mehr rotem Licht ausgesetzt ist, mit einem niedrigen Rot/Dunkelrot-Verhältnis, wird dies als Beginn eines neuen Tages interpretieren, was eine Blüte auslösen kann. Mit steigendem Verhältnis weiß die Pflanze, dass der Übergang zur Tageszeit erfolgt ist. Wenn das Verhältnis durch den Sonnenuntergang wieder sinkt, spürt die Pflanze, dass es dunkel wird, und so beginnen metabolische und morphologische Veränderungen für scotophile (nachtliebende) Prozesse. Die Länge der Nacht kann einen großen Einfluss auf die Morphologie der Pflanze haben.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind je nach Art der zu kultivierenden Pflanze vielfältig. Zierpflanzenzüchter können durch die gezielte Manipulation des Phytochromsystems feststellen, wann Produkte marktreif sind. Darüber hinaus kann die Pflanze mehrmals im Jahr zur Blüte gezwungen werden. Bei künstlichem Licht sind die Wachstums-/Blumenzyklen nicht an die Jahreszeiten gebunden. Daher gibt es die Möglichkeit, die Pflanze bei schlechten Lichtverhältnissen im Winter zur Blüte zu bringen. Ebenso lassen sich in den Sommermonaten unerwünschte Blütezeiten vermeiden. Damit können Landwirte ihre eigene optimierte Lichtrezeptur für Kulturpflanzen entwickeln.

Zusammenfassung

Phytochrome sind Photorezeptoren und eine der wesentlichen Möglichkeiten der Pflanzen, ihre Umwelt wahrzunehmen. Sie sind für die Erkennung von rotem und dunkelrotem Licht verantwortlich, das in den verschiedenen Entwicklungsstadien der Pflanzenproduktion eine Vielzahl von Reaktionen auslöst und steuert. Das Funktionsprinzip von Phytochrom Pr (660 nm) und Pfr (730 nm) kann zur Steuerung vieler photomorphologischer Prozesse in einer Pflanze genutzt werden. Die genaue Wirkung hängt von der Art und der Sorte ab. Mit Hilfe der gartenbaulichen Expertise kann es zu einer Erhöhung der gewünschten Qualitätsparameter führen, weshalb der kombinierte Einsatz von rotem und weitem Rotlicht in Pflanzenleuchten unerlässlich ist. Für den Züchter ist es von Vorteil, die 730-nm-LEDs separat zu steuern und an seine Bedürfnisse oder seine eingestellten Qualitätsparameter anzupassen. Je nach Ziel ist es sinnvoll, dass die LEDs mit der Wellenlänge 730 nm in einem einzigen Kanal separat dimmbar sind. Aus diesem Grund hat Würth Elektronik eiSos spezielle Gartenbau-LEDs mit Wellenlängen von 660 nm (Hyper Red) und 730 nm (Far Red) entwickelt, die in der WL-SMDC-Horticulture-Serie von Würth Elektronik eiSos enthalten sind. Diese Produkte wurden so optimiert, dass sie dem Absorptionsspitzenwert der beiden Phytochromformen entsprechen.