Pflanzen benötigen Licht während ihrer gesamten Lebensdauer von der Keimung bis zur Blüten- und Samenproduktion. Während des Wachstumsprozesses absorbieren sie nicht alle Wellenlängen des Lichts (Sonnenstrahlung), sondern selektiv die richtige Wellenlänge entsprechend ihren Anforderungen.
Chlorophylle (Chlorophyll a und b) spielen eine wichtige Rolle bei der Photosynthese, aber sie sind nicht die einzigen Chromophore. Pflanzen haben andere photosynthetische Pigmente, die als Antennenpigmente bekannt sind (wie die Carotinoide β-Carotin, Zeaxanthin, Lycopin und Lutein usw.), die an der Lichtabsorption beteiligt sind und eine bedeutende Rolle bei der Photosynthese spielen.
LED ist eine Art Halbleiterdiode, die es ermöglicht, die spektrale Zusammensetzung und die Anpassung der Lichtintensität an die Pflanzenphotorezeptoren anzupassen, um ein besseres Wachstum zu erzielen und die Pflanzenmorphologie sowie verschiedene physiologische Prozesse wie Blüte und Photosyntheseeffizienz zu beeinflussen. Mehrere Berichte haben das erfolgreiche Wachstum von Pflanzen unter LED-Beleuchtung bestätigt.
Zum Beispiel erhöhte sich der Ertrag von Salat, wenn die Wellenlänge des emittierten roten LED-Lichts von 660 auf 690 nm anstieg. Blaue LEDs (440 und 476 nm) in Kombination mit roten LEDs verursachten ein höheres Chlorophyllverhältnis in Chinakohlpflanzen. Positive Effekte von blauem (400-500 nm) LED-Licht in Kombination mit rotem LED-Licht auf grünes Gemüsewachstum und Nährwert wurden in mehreren Experimenten gezeigt. Rote LED (640 nm) Licht als einzige Quelle und die Ergebnisse zeigten einen Anstieg des Anthocyaningehalts in Rotkohl. Grün (495-566nm) und gelb (566-589nm) licht trägt zur photosynthese, orange (589-627 nm) wird optimieren für maximale photosynthese und rot licht (627-770 nm) verbessert blüte, stamm dehnung. Mehrere gartenbauliche Experimente mit Kartoffeln, Rettich und Salat haben den Bedarf an blauem Licht (400-500 nm) für eine höhere Biomasse und Blattfläche gezeigt.
Der wichtigste Teil des Lichtspektrums ist 400 bis 700 nm, was als photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) bekannt ist, dieser Spektralbereich entspricht mehr oder weniger dem sichtbaren Spektrum des menschlichen Auges.
Fernrot auch während des Wachstumsprozesses wichtig. Die Anwendung von Fernrot (730 nm) mit Rot (640 nm) führte zu einer Erhöhung der Gesamtbiomasse und der Blattlänge, während das Anthocyan- und Antioxidationspotential unterdrückt wurde. Die Zugabe von fernrotem (735 nm) zum roten (660 nm) LED-Licht auf Paprika führte zu höheren Pflanzen mit höherer Stammbiomasse als rote LEDs allein .
Sonnenstrahlung
Die Sonnenstrahlung kann in drei Wellenbänder unterteilt werden:
- Das ultraviolette (UV) entspricht den Wellenlängen kleiner als 400 nm und kann aufgrund ihrer hohen Energie Hautschäden verursachen.
- das sichtbare licht, innerhalb der 380-770 nm wellenband, und enthält die PAR (400-700 nm) wellenband. Die verschiedenen Farben des sichtbaren Lichts, die verschiedenen Wellenbändern entsprechen, haben möglicherweise nicht die gleiche Funktion für die Entwicklung der Pflanze.
- die infrarot (IR), größer als 770 nm und haben eine heizung wirkung. Das Verhältnis von Rot zu Fernrot (R: FR) ist für Pflanzen sehr wichtig, da es die Reaktion des Pflanzenwachstums beeinflusst.
Rot
Rotes (630-720 nm) Licht wird für die Entwicklung des Photosyntheseapparates und der Photosynthese benötigt. Es ist wichtig für das Wachstum der Stängel sowie die Ausdehnung der Blätter. Diese Wellenlänge reguliert auch Blüte, Ruhezeiten und Samenkeimung.
Blau
Blau (400-520 nm) licht ist wichtig für die synthese von chlorophyll, chloroplasten entwicklung, stomata öffnung und photomorphogenese. Blaues Licht muss sorgfältig mit Licht in anderen Spektren gemischt werden, da eine Überbelichtung mit Licht dieser Wellenlänge das Wachstum bestimmter Pflanzenarten hemmen kann. Licht im blauen Bereich beeinflusst auch den Chlorophyllgehalt in der Pflanze sowie die Blattdicke.
Grün
Grün (500 – 600 nm) dringt durch dicke Deckendächer ein, um die Blätter im unteren Baldachin zu stützen. Grünes Licht allein reicht nicht aus, um das Wachstum von Pflanzen zu unterstützen, da es am wenigsten von der Pflanze absorbiert wird, aber wenn es in Kombination mit Rot, Blau und Fernrot verwendet wird, zeigt grünes Licht sicherlich einige wichtige physiologische Wirkungen. Die Ergänzung von grünem Licht verbesserte das Salatwachstum unter roter und blauer LED-Beleuchtung. Grüne LEDs mit hohem PPF (300 µmol / m-2 / S-1) sind am effektivsten, um das Wachstum von Salat zu fördern.
Weit-rote LED licht
Weit-rote LED licht (700-725 nm), die ist über die PAR wurde gezeigt, um die pflanzen wachstum und photosynthese. Fernrotes Licht dringt auch durch dichte obere Vordächer, um das Wachstum von Blättern zu unterstützen, die sich tiefer auf den Pflanzen befinden. Darüber hinaus reduziert die Einwirkung von IR-Licht die Zeit, die eine Pflanze zum Blühen benötigt. Ein weiterer Vorteil von fernrotem Licht besteht darin, dass Pflanzen, die dieser Wellenlänge ausgesetzt sind, tendenziell größere Blätter produzieren als solche, die keinem Licht in diesem Spektrum ausgesetzt sind.
Rot + Blau
Unterschiedliche Wellenlängen von rotem (660, 670, 680 und 690 nm) und blauem (430, 440, 460 und 475 nm) Licht können je nach Pflanzenart ungleichmäßige Auswirkungen auf Pflanzen haben.
Grün + Rot + Blau
Die Wirkung von grünem (525 nm) LED-Licht auf die Keimung von Arabidopsis-Sämlingen und die Ergebnisse zeigten, dass Sämlinge, die unter grünem, rotem und blauem LED-Licht gezüchtet wurden, länger sind als solche, die allein unter Rot (630 nm) und Blau (470 nm) gezüchtet wurden.
Grün + Rot + Blau + Weit-rot
Rot und weit-rot licht haben gezeigt worden zu beeinflussen photomorphogenese, so, das verhältnis von rot und weit-rot licht spielt auch eine wichtige rolle in regulierung der blüte. Experimente mit unterschiedlichen Wellenlängen von grünem, rotem, blauem und fernrotem Licht (bereitgestellt von LEDs) wären bei der Bestimmung der artspezifischen optimalen Wellenlänge für das Pflanzenwachstum von Vorteil. Die Ergebnisse der Lichtreaktionsspektrumstudien könnten verwendet werden, um ein energieeffizientes, maßgeschneidertes Lichtreaktionsspektrum für bestimmte Pflanzenarten zu entwerfen.
Wenn Pflanzen reifen und ihren Wachstumszyklus vom Sämling bis zum Erwachsenen durchlaufen und dann blühen und Früchte tragen, verwenden sie unterschiedliche Farbspektren, sodass das ideale LED-Licht für jedes Wachstumsstadium unterschiedlich ist. Das beste Farbspektrum hängt auch von der Art der Pflanze ab, die Sie anbauen möchten. Dies kann sehr kompliziert werden und ist wichtig für kommerzielle Züchter, bei denen sie die Ergebnisse maximieren möchten.
Es deutet auch darauf hin, dass es den Nährwert und den verbesserten antioxidativen Status von grünem Gemüse erhöhen kann: erhöhtes Carotinoid, Vitamin C, Anthocyan und Polyphenol. In Zukunft werden uns immer mehr Forschungen helfen, besser zu verstehen, wie Lichter das Wachstum von Pflanzen beeinflussen.