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LED – die Zukunft der Horticulture-Beleuchtung

16. Februar 2018, 12:00 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Grundlagenwissen zum Thema Horticulture-LED

Spektrale Anforderungen von Pflanzen

Photosynthese ist der Prozess, der Wasser und Kohlenstoffdioxid in komplexe Kohlenhydrate (z.B. Zucker) und Sauerstoff mit Hilfe von Lichtenergie umwandelt. Obwohl die von der Sonne abgestrahlte Energie, die die Erdoberfläche erreicht, aus dem gesamten Spektrum des sichtbaren Lichts besteht (und mehr), nutzen Pflanzen nur bestimmte Lichtfrequenzen für die Photosynthese. Diese Frequenzen stehen im Zusammenhang mit den Absorptionseigenschaften verschiedener Pigmente, die in den Chloroplasten – sogenannte Zellorganelle – vorrätig sind, verschiedenste Funktionen der Photosynthese zu beeinflussen. Die meisten dieser Pigmente absorbieren Licht in den Wellenlängen, die den Farben Blau und Rot entsprechen. Deshalb erscheinen die meisten Blätter grün, weil diese Wellenlängen nicht absorbiert werden, und Karotten erscheinen orange, weil sie sehr wenig Chlorophyll enthalten. Die gebräuchlichsten Pigmente sind Chlorophyll A, Chlorophyll B und die Carotinoide.

Diese Frequenzen werden als photosynthetische aktive Strahlung…

...(engl.: Photosynthetically Active Radiation; PAR) bezeichnet und sind in einem Bereich von 400 bis 700 nm definiert. Chlorophyll A ist das primäre Lichtpigment, das etwa 75 % der photosynthetischen Aktivität ausmacht und Absorptionsspitzen bei ~435 und ~675 nm aufweist. Chlorophyll B, ursprünglich als zusätzliches Lichtpigment betrachtet, erweitert den Wellenlängenbereich, der für die Photosynthese mit Absorptionsspitzen bei ~460 und ~640 nm genutzt werden kann. Energie aus diesen Wellenlängen wird von Chlorophyll B eingefangen, bevor sie durch Elektronenspinresonanz an Chlorophyll A abgegeben wird. Alle größeren Pflanzen bestehen hauptsächlich aus diesen beiden Pigmenten, die ihnen ihre grüne Farbe verleihen. Carotinoide haben einen vergleichsweise viel breiteren Wellenlängenabsorptionsbereich als die Chlorophyllen mit einem Absorptionsbereich von ~400 bis ~510 nm. Zusätzlich zu ihrer ergänzenden Funktion der Lichtgewinnung spielen sie eine wesentlich komplexere Rolle als ursprünglich angenommen, indem sie die Chlorophyllen vor Photooxidation schützen, wenn die Lichtintensität in Bereichen mit niedriger Wellenlänge (d.h. mit höherer Energie) zu hoch ist. Deshalb überschneiden sich die Absorptionswellenlängen der Carotinoide mit denen der Chlorophyllen. Darüber hinaus sind Phytochrome Photorezeptoren (Lichtsensoren), die zahlreiche Prozesse bei 660 und 730 nm steuern, wie z.B. die Chlorophyllsynthese. Trotz der Absorptionswellenlängen, die auch außerhalb des PAR-Bereichs liegen, sind sie für die Pflanzenentwicklung von entscheidender Bedeutung.

Weil Pflanzen ortsfest sind,…

...haben sie sich dazu entwickelt, auf die zur Verfügung stehenden verschiedenen Wellenlängen und Lichtintensitäten zu reagieren und mit den damit verbundenen Reaktionen auf das Wachstum im Schatten, dem Tag/Nacht-Rhythmus und den klimatischen Bedingungen anzupassen. Auf diese Weise kann künstliches Licht verschiedener Wellenlängen eingesetzt werden, um die Wachstums- und Entwicklungsstadien von Pflanzen zu steuern und zu manipulieren. Diese Reaktionen, zu denen die Photosyntheserate, die Photomorphogenese (die Pflanzenanatomie), der Phototropismus (die Wachstumsrichtung) und die Photonastie (ungerichtete Veränderungen, z.B. Blütenöffnung) gehören, sind von einer Vielzahl von Photorezeptoren abhängig. Ebenso variiert die Reaktion von Pflanze zu Pflanze; diese hängt von der Pflanzengattung ab und kann gleichzeitig auch noch von Sorte zu Sorte unterschiedlich sein.