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Pflanzenlicht Grundlagen

Wellen und Teilchen
Lichtbrechung im Prisma
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Elektromagnetische Strahlung

Licht ist der für das menschliche Auge sichtbare Teil elektromagnetischer Strahlung. Dieser Teil befindet sich etwa im Bereich von 400 bis 700 Nanometer (nm). Mit Nanometern wird hier die Wellenlänge des Lichts von einem Wellenmaximum zum nächsten bzw. von einem Punkt zum benachbarten mit gleicher Steigung und Ausrichtung angegeben. Licht bewegt sich wellenförmig und transportiert dabei Lichtteilchen, welche auch quantifizierbar sind. Dies ist gerade für die Einschätzung der Leistung einer Pflanzenlampe überaus wichtig, denn schließlich sind es die Lichtteilchen (Photonen), welche die Photosynthese der Pflanze auslösen.

Wie aus der rechts nebenstehenden Abbildung 1 ersichtlich geht das Lichtspektrum  im niedrigen Wellenlängenbereich in Ultraviolettstrahlung über, im hohen Wellenlängenbereich schließt sich die Infrarotstrahlung an. Außerdem produziert das Licht je nach Wellenlänge einen anderen Farbeindruck im menschlichen Auge. Das kurzwellige, energiereiche Licht scheint blau, das langwelligere rot, dazwischen befinden sich cyan, grün, gelb und orange.

Elektromagnetisches Spektrum

Abb. 1 Lichtspektrum
By Horst Frank / Phrood / Anony, creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/.

Licht ist der für das menschliche Auge sichtbare Teil elektromagnetischer Strahlung

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Photosynthetisch aktive Strahlung

  Eine Pflanze sprießt im Licht der Sonne, by lily

Mit dem Begriff Photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) wird der Bereich der elektromagnetischen Strahlung bezeichnet der bei Pflanzen die Photosynthese auslösen kann. Meist wird die PAR als Bereich zwischen 400 und 700 nm verstanden, jedoch ist bekannt, dass auch Strahlung unterhalb dieses Bereichs bis zu 360 nm und darüber bis 780 nm eine photosynthetische Reaktion bei Pflanzen hervorruft.

Wellenlänge

Eine Wellenlänge ist der Abstand von einem Wellengipfel zum nächsten. Die Wellenlängen des Lichts werden von violett über blau, grün, gelb zu rot immer länger und energieärmer.

elektromagnetisch

‘Elektromagnetisch’ meint hier die Kopplung von elektrischen und magnetischen Feldern. Diese breiten sich mit steigender und nachlassender Energie im Raum aus, bilden also eine Welle.

Nanometer

Ein Nanometer ist der millionste Teil eine Millimeters. Also: 1/1.000.000 mm.

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Wirksamste Spektren

Innerhalb der PAR sind aber nicht alle Wellenlängen gleichermaßen gut geeignet die Photosynthese voranzutreiben. Der Graph rechts verdeutlicht welche Wellenlängen zur Photosynthese am besten geeignet sind. Gemessen wird die Photosyntheseaktivität an Hand des von den Pflanzen ausgestoßenen Sauerstoffs bei Bestrahlung mit dem vollen, aufgespaltenen Lichtspektrum. Es ist klar ersichtlich, dass Pflanzen zur Photosynthese insbesondere Licht im blauen und roten Spektralbereich verwenden. Aber auch der dazwischenliegende Spektralbereich ist für ein gesundes Pflanzenwachstum vonnöten. Denn das Licht ist nicht nur für die Photosynthese zuständig, sondern auch für die Photomorphogenese, die Form, in welche die Pflanze wächst. Das Spektrum der photomorphogenetisch wirksamen Lichts ist weiter als das Spektrum der PAR. Deshalb ist für eine fromschöne Pflanze eine Lampe, die in einem größeren Spektralbereich als die PAR leuchtet empfehlenswert.

3.1 UV-Strahlung und Tiefrotes Licht

Auch Ultraviolettstrahlung und tiefrotes Licht, das an den Infrarotbereich grenzt, haben positive Auswirkungen auf die Konstitution der Pflanze. Langwellige Ultraviolettstrahlung stresst die Pflanze, wodurch diese Schutzmechanismen in Gang setzt. So wird –ähnlich wie beim Menschen– das Immunsystem der Pflanze trainiert und sie wird robuster  und widerstandsfähiger.

Tiefrotes Licht trägt zu einer besseren Blütenbildung bei und steigert durch die höhere Wärmezufuhr die Transpirationsrate und somit den Stoffwechsel der Pflanze. Die genaue Wirkung ist noch nicht abschließend geklärt. Aber fest steht, dass tiefrotes Licht der Pflanze nützt.

3.2 Die Grünlücke

Der starke Abfall der Photosyntheserate insbesondere im grünen Bereich wird als Grünlücke bezeichnet. Das grüne Licht wird von der Pflanze nicht nur absorbiert, sondern reflektiert. Deshalb sehen Pflanzen für Menschen grün aus. Jedoch ist der McCree Kurve zu entnehmen, dass auch der grüne Spektralbereich teilweise absorbiert wird. Das grüne Licht dringt dabei auch tiefer vor, denn es wird immer weiter nach unten reflektiert, wobei beim Auftreffen auf ein Blatt auch immer ein Teil absorbiert wird. Auch innerhalb der Blätter können Lichtstrahlen des grünen Wellenlängenbereichs tiefer vordringen und Chlorophyll am unteren Rand de Blattes anregen. Außerdem verfügen Pflanzen neben Chlorophyll noch über andere Photorezeptoren, also lichtempfindliche Farbstoffe, insbesondere Carotinoide. Das Hauptabsorptionsspektrum der Carotinoide liegt zwischen 400 und 500nm, also im blau-grünen Bereich.

photosyntheserate

McCree-Kurve
überarbeitet von V.G. (20.10.2017), Original: by Lanzi derivative work: Matt, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0.

-Pflanzen verwerten Licht von 300 bis 780nm Wellenlänge

-nicht jede Lichtfarbe wird gleich gut verwertet

-im blauen und roten Bereich erreicht Chlorophyll die max. Photosyntheserate

-Pflanzen profitieren auch von grünem und tiefrotem Licht, sowie UV-Strahlung

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Photonenfluss

Lichtteilchen werden auch Photonen genannt. Aus jeder Lichtquelle emittieren Photonen. Die emittierenden Photonen werden in ihrer Gesamtheit als Photonenfluss bezeichnet.
Diese Photonen sind die für die Photosynthese notwendigen Lichtteilchen.
Photonen im niedrigen Wellenlängenbereich sind energiereicher als die im höheren Frequenzbereich.

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Unsere Quellen:

a. Licht allgemein

  • Licht bei Welt der Physik.
  • Vorlesung an der Uni Heidelberg am 10. November 2014 mit dem Physiker Prof. Dr. Rolf Heilmann zum Thema Licht und der Entwicklung des Verständnisses davon:

b. Photosynthetisch aktive Strahlung und Spektrum

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