Lichtspektrum und Absorptionskurven für den Gartenbau
Wenn wir über Pflanzen und ihre Wechselwirkung mit Licht sprechen, sprechen wir meistens von Photosynthese. Aber das ist nur ein kleiner Teil der Geschichte, es gibt zahlreiche andere Mechanismen, die durch Licht gesteuert werden.
Dieser Artikel soll helfen, die verschiedenen Mechanismen zu verstehen. Aufgrund der Komplexität geben wir nur einen Überblick über die Wechselwirkung von Absorptionsspektren.
Es ist wichtig, zwischen Absorptionsspektren und Emissionsspektren zu unterscheiden. Z.B.: Sonnenlicht oder hortiONE LED-Grow-Lampen emittieren Licht in einem bestimmten Spektrum. Die gemessenen Absorptionskurven veranschaulichen, welche Wellenlänge einen entsprechenden Prozess auslösen und aktivieren
- Alle Spektren sind in Bezug auf ihre 100% relative Energie dargestellt – vergleichen Sie daher nicht die höhe einer Absorptionskurve mit der Emissionskurve.
- Die Absorption ist nicht immer zu 100% gleich, sie hängt von der Spezies, dem Nährstoffgehalt, der Sättigung und mehr ab
Photosynthese
Chlorophyll a/b
Chlorophyll ist ein Teil von Chloroplasten und ist das lichtabsorbierende Pigment, das den Pflanzen eine grüne Farbe verleiht. Chloroplasten sind Pflanzen-zellorganellen, die Lichtenergie einfangen und über den Photosyntheseprozess in chemische Energie umwandeln. Andere Chlorophylle als a/b kommen hauptsächlich in Algen und Cyanobakterien vor.
McCree definierte die McCree-Kurve, nachdem er das Photosyntheseverhältnis zahlreicher Pflanzen getestet hatte. Dies wird oft als “Photosynthesekurve” bezeichnet.
Verschiedene Photosynthesekurven
Das Bild unten zeigt zwei verschiedene Absorptionskurven der Photosynthese:
- McCree (1972) wird am häufigsten als allgemeine photosynthetische Absorptionskurve verwendet. McCree definierte auch den gemeinsamen PAR-Bereich (400-700 nm).
- Hoover (1937) hat die photosynthetische Absorptionskurve früher definiert. Sie gilt aufgrund der McCree-Kurve als veraltet.
- Sonnenlichtspektrum als Referenz, da Sonnenlicht immer noch das effizienteste Spektrum ist und sich alle Pflanzen über Jahrmillionen unter Sonnenlicht entwickelt haben.
Phytochrome
Phytochrome sind Photorezeptoren, die verwendet werden, um Licht zu erkennen. Sie reagieren empfindlich auf rotes und tiefrotes Licht.
Relevante Prozesse sind
- Die Phytochrom-Umwandlung (Pfr zu Pr) ermöglicht der Pflanze, zu erkennen, wann es Nacht oder Tag ist.
- Emmerson Effekt (Emmerson Enhancement Effect), der die Photosyntheserate erhöht. botanydictionary.org/emerson-effect
- Photomorphogenese: Das Pfr / Pr-Verhältnis steuert auch die Schattenvermeidung, die zur Dehnung führt academic.oup.com
- Phytochrome regulieren die Keimung von Samen (Photoblastie) und die Synthese von Chlorophyll.
Carotenes and Colors
Die Carotinoide-Familie umfasst mehr als 600 Arten von Carotinoiden.
Der Unterschied zwischen Carotinoiden und Carotinen ist chemisch. Xanthophylle enthalten Sauerstoff, während Carotine Kohlenwasserstoffe sind und keinen Sauerstoff enthalten. Außerdem absorbieren sie verschiedene Wellenlängen des Lichts. Xanthophylle sind gelber, während Carotine orange sind.
- β-Carotin ist ein organisches, stark gefärbtes rot-oranges Pigment, das in Pilzen, Pflanzen und Früchten reichlich vorhanden ist. Es ist ein Mitglied der Carotine, die Terpenoide sind.
- α-Carotin ist eine Form von Carotin mit einem β-Ionon-Ring an einem Ende und einem α-Ionon-Ring am gegenüberliegenden Ende. Es ist die zweithäufigste Form von Carotin.
Sowohl Alpha- als auch Beta-Carotin sind wichtig als Vorläufer von Vitamin A - Xanthophylle sind gelbe Pigmente, die in der Natur weit verbreitet sind und eine von zwei Hauptabteilungen der Carotinoidgruppe bilden. Der Name stammt aus dem Griechischen Xanthos (gelb) und Phyllon (Blatt)
- Carotine sind Antioxidantien und deaktivieren freie Radikale.
Flavoproteins and other Photoreceptor Proteins
Anthocyane sind Flavonoide mit antioxidativer Wirkung. Sie sind rote, blaue und violette Pigmente, die Pflanzen ihre spezifische Farbe verleihen. Die angegebene Farbe ist abhängig vom pH-Wert und reicht bis zur schwarzen Farbe. Beispiele sind Blaubeere, Himbeere, schwarzer Reis, schwarze Sojabohne und lila Blumenkohl sowie viele andere.
Zeaxanthin ist einer der am häufigsten vorkommenden Alkohole in der Natur. Es ist wichtig im Xanthophyll-Zyklus. In Pflanzen und einigen Mikroorganismen synthetisiert, ist es das Pigment, das Paprika, Mais, Safran, Wolfsbeeren und vielen anderen Pflanzen und Mikroben ihre charakteristische Farbe verleiht. Mehr Infos auf Wikipedia
Cryptochrome sind Photorezeptoren, die das Entrainment (Zurücksetzen der inneren Uhr) durch das Licht der zirkadianen Uhr in Pflanzen und Tieren regulieren. Sie fungieren auch als integraler Bestandteil des zentralen zirkadianen Oszillators in Tiergehirnen und als Rezeptoren, die die Photomorphogenese als Reaktion auf blaues oder ultraviolettes (UV-A) Licht in Pflanzen steuern.
More: genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/gb-2005-6-5-220
Phototropine sind Blaulichtrezeptoren für Phototropismus, Chloroplastenbewegung, Blattexpansion und Stomataöffnung. Diese Reaktionen unterstützen die Photosynthese bei der effizienten Gewinnung von Licht, der Verringerung von Lichtschäden und der Aufnahme von CO2.
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