Der Rand des sichtbaren Lichts: Nutzung von Infrarotlicht für den Cannabisanbau

Die Beziehung zwischen Licht und Pflanzenleben ist komplex und geht weit über das sichtbare Spektrum hinaus, das die Photosynthese. Der größte Teil der Energie einer Pflanze stammt aus der Photosynthetisch aktive Strahlung (PAR)abgeleitet wird, die Wellenlängen von 300 bis 700 nm umfasst, ist die Energie knapp jenseits dieses Bereichs - insbesondere das Fernrotes Licht (FR)ist der Schlüssel zu einer Reihe von Entwicklungs- und Strukturveränderungen.

FR-Beleuchtung ist definiert durch Wellenlängen über 700 nmdefiniert, wobei der physiologisch relevanteste Teil für viele Pflanzenreaktionen im Bereich um 730 nm. Im Gegensatz zum sichtbaren Licht, das die Bildung von Zuckern antreibt, ist FR-Licht in erster Linie an der Photomorphogenesebeteiligt, d. h. am Prozess der lichtinduzierten Entwicklung von Form und Gestalt in Pflanzen. Einfach ausgedrückt, während PAR diktiert wie viel eine Pflanze wachsen kann, bestimmt das FR-Lichtverhältnis, wie sie wächst.

Um seine Rolle zu verstehen, ist es wichtig, FR-Licht in den breiteren Kontext des elektromagnetischen Spektrums. Rotes Licht, das für die Photosynthese und andere Signalwege entscheidend ist, liegt typischerweise zwischen 650-680 nm. Unmittelbar danach folgt das FR-Spektrum, das sich etwa zwischen 710-740 nm.

Wenn fernrotes Licht am häufigsten vorkommt

Das Vorhandensein und die Intensität von FR-Licht in der Natur sind entscheidende Umweltkriterien für eine Pflanze. Das Vorhandensein von FR-Licht ist nicht konstant, weshalb sich Pflanzen entwickelt haben, um es zu spüren.

1. Durchdringung der Baumkronen: Die wichtigste Quelle der FR-Prävalenz ist der Schatten der von anderen Pflanzen geworfen wird. Chlorophyll absorbiert rotes (R) und blaues Licht sehr effizient für die Photosynthese, überträgt oder reflektiert aber eine erhebliche Menge an FR-Licht. Folglich hat das Licht, das durch ein dichtes Blätterdach gefiltert wird, ein drastisch reduziertes Verhältnis von Rot zu Fernrot (R:FR) und wird reich an FR-Licht. Dieses niedrige R:FR-Verhältnis signalisiert, dass sich eine Pflanze im Unterholz befindet, was eine Reihe von Überlebensreaktionen auslöst, die als Schattenvermeidung.
2. Tageszeit: Wenn die Sonne untergeht, bewirkt die Filterwirkung der Atmosphäre eine natürliche Verschiebung hin zu einem höheren FR-Anteil, wodurch das FR-Licht zu einem Signal für das Ende des Tages und den Beginn der Nacht.
3. Tiefe des Bodens: Auch die Keimung von Samen wird durch dieses Verhältnis bestimmt. Bei einigen Pflanzen ist ein hohes R:FR-Verhältnis erforderlich, um die Keimruhe zu durchbrechen und sicherzustellen, dass das Saatgut nicht zu tief unter dem Boden oder dichter Vegetation vergraben wird.

Photomorphogenese und das Phytochromsystem

Die Mechanismen, mit denen eine Pflanze FR-Licht wahrnimmt und darauf reagiert, drehen sich um ein Protein, das als Phytochrom-der Kernbestandteil des Lichtsensorsystems der Pflanze. Dieses System steuert ein breites Spektrum an vorübergehenden und dauerhaften Anpassungen an die Umwelt. Es ist ein Teil davon, wie die Pflanze Hinweise auf ihre Umgebung erhält, insbesondere in Bezug auf die Keimung von Samen, die Vermeidung von Schatten und die Blüteninduktion.

Die Rolle der Photorezeptoren

Der gesamte Prozess der lichtgesteuerten Entwicklung, oder Photomorphogenese (wörtlich, Lichtform beginnt), beruht auf spezialisierten Fotorezeptoren. Während blaues Licht Photorezeptoren in erster Linie an Reaktionen wie Phototropismus (Beugung in Richtung Licht) und Stomataöffnung beteiligt sind, sind die roten und fernroten Photorezeptoren werden dominiert durch das Phytochrom Familie von Proteinen.

Phytochrom ist ein lichtabsorbierendes Protein, das über das gesamte Spektrum hinweg empfindlich ist und R-, FR- und sogar einen gewissen Anteil an blauem Licht absorbiert. Seine Stärke liegt in seiner Photoreversibilität-Seine Fähigkeit, in zwei verschiedenen, ineinander überführbaren Formen zu existieren, abhängig von der Qualität des absorbierten Lichts.

Der Phytochrom-Schalter: Pr und Pfr

Die beiden stabilen Formen des Phytochrom-Proteins wirken wie ein molekularer Schalter:

1. Pr (Phytochrom Rotlicht absorbierend): Dies ist das biologisch inaktive inaktive Form des Proteins. Es erscheint blau dem Auge blau, weil es rotes Licht absorbiert. Wenn Pr ein Photon des roten Lichts absorbiert roten Lichts (650-680 nm) absorbiert, kommt es zu einer schnellen Konformationsänderung.
2. Pfr (Phytochrom-Fernlicht-absorbierend): Dies ist das biologisch aktive aktive Form. Sie entsteht aus Pr nach Absorption von rotem Licht. Es erscheint blau-grün für das Auge, da es nun stark rotes Licht absorbiert. Wenn Pfr ein Photon des roten Lichts absorbiert fernroten Lichts (710-740 nm) absorbiert oder eine Zeit lang im Dunkeln gelassen wird, kehrt es in die inaktive Pr-Form zurück.

Diese konstante Umwandlung - Pr↔Pfr - wird als Photoreversibilität. Unter natürlichem oder weißem Licht (das sowohl R als auch FR enthält) befindet sich der Phytochrom-Pool in einem Zustand ständiger Umwandlung und besteht aus einer dynamischen Mischung und Zwischenzuständen. Das Verhältnis von Pfr zum gesamten Phytochrom (Ptotal) fungiert als ultimativer Sensor der Pflanze für die Qualität des Umgebungslichts.

Phytochrom-Reaktionsgruppen

Phytochrome werden in verschiedene Typen eingeteilt (A, B, C usw.), die verschiedene Entwicklungsprozesse regulieren. Diese Wirkungen können nach dem Licht gruppiert werden, das für ihre Auslösung erforderlich ist:

• Menge (Fluenz): Die Gesamtmenge der benötigten Photonen.
• Qualität (Wellenlänge): Das spezifische Verhältnis von R- zu FR-Licht.

Die Geschwindigkeit, mit der die Pflanze auf den Phytochrom-Schalter reagiert, kann sehr unterschiedlich sein, unterteilt nach der Verzögerungszeit-die Zeit zwischen der Lichtabsorption und der ersten spürbaren Wirkung:

Bei LFRs ist es wichtig zu beachten, dass die Reaktion von der Gesamtmenge der Photonen abhängt, was bedeutet, dass ein kurzer, heller Lichtblitz die gleiche Wirkung haben kann wie eine längere, schwächere Belichtung.

Evolutionäre Gründe und pflanzliche Reaktionen

Das Phytochromsystem kommt in praktisch allen grünen Pflanzen vor, von Algen bis hin zu riesigen Mammutbäumen und natürlich auch in unserem geliebten Cannabis Pflanzen. Diese Allgegenwärtigkeit unterstreicht seine grundlegende Rolle als evolutionärer Vorteil, der in erster Linie der Bewertung des Wettbewerbsumfelds dient.

Pfr: Der aktive Inhibitor

Die Pfr Form ist die physiologisch aktive Version. Seine primären, evolutionär konservierten Funktionen sind:

1. Blüte hemmen
2. Dehnung des Stängels hemmen

Einfach ausgedrückt: Bei voller Sonne hält die hohe Konzentration von R-Licht den Phytochrom-Pool überwiegend im hemmenden Pfr-Zustand. Wenn eine Pflanze beschattet wird, verschiebt sich das Verhältnis drastisch in Richtung Pr (weil das FR-Licht Pfr wieder in Pr umwandelt). Wenn dieses Verhältnis verschoben ist, hört die Hemmung aufund die Pflanze reagiert, indem sie die unterdrückte Wachstumsreaktion auslöst, so als würde sie einen Keil unter ein auf einem Hügel geparktes Auto schieben.

Das Syndrom der Schattenvermeidung

Die wichtigste Funktion der FR-Erkennung ist Schattenvermeidung. Wenn eine Pflanze das niedrige R:FR-Verhältnis unter einem Blätterdach wahrnimmt, geht sie zu Recht davon aus, dass sie im Wettbewerb um Licht unterlegen ist. Um den Wettlauf um die Sonne zu gewinnen, startet sie eine Reaktion, die durch Folgendes gekennzeichnet ist:

• Schnelle Internodienstreckung (Streckung): Ein Versuch, größer als der Konkurrent zu werden.
• Geringere Blattgröße und -dicke: Weniger Investitionen in Blätter, die nicht genug Licht erhalten.
• Frühe Blüte: Ein verzweifelter Versuch, sich fortzupflanzen, bevor sie völlig verdunkelt wird.

An den Schatten angepasste Pflanzen ("Schattenpflanzen") und an die Sonne angepasste Pflanzen ("Sonnenpflanzen") reagieren unterschiedlich empfindlich auf das Verhältnis R:FR, aber der Mechanismus ist universell.

Phytochrome in der Wachstumsregulierung und im Photoperiodismus

Die Auswirkungen von FR-Licht werden häufig beschrieben als hypersensible Reaktionen bezeichnet, weil sie mit einer sehr geringen Wattzahl erzeugt werden können, wobei ausgeprägte Auswirkungen auf die Pflanzenarchitektur und die Blüte erzielt werden. Beim Cannabisanbau manipulieren wir diese Reaktionen, um Ertrag und Struktur zu optimieren.

Manipulation der Pflanzenarchitektur

Durch die strategische Einführung von FR-Licht wollen Grower*innen zwei wichtige gewünschte Reaktionen ausgleichen:

1. Längere Internodien: Eine kontrollierte Menge Pr (durch Zugabe von FR-Licht) während der vegetativen Phase kann die Pfr-vermittelte Hemmung der Stammverlängerung verringern. Dies führt zu längeren Internodienwas für das Management des Kronendachs und die Verteilung der Blütenstandorte zur besseren Lichtdurchdringung von Vorteil sein kann.
2. Größere Blätter: FR-Licht kann auch die Blattexpansion fördern, was zu größeren Blättern die während der wichtigsten Tageslichtstunden mehr PAR-Licht einfangen können.

Die zwei Strategien: Mischen vs. Tagesende

Im Gartenbau wird FR-Licht in erster Linie auf zwei Arten genutzt, die jeweils ein anderes Ziel verfolgen:

1. Einmischung in das Spektrum (Förderung des vegetativen Wachstums): Durch die Einbeziehung eines konstanten, niedrigen Niveaus von FR-Licht neben PAR während der gesamten Photoperiode bleibt das R:FR-Verhältnis niedriger als bei typischen Sonnen-/Rot-only-LED-Anordnungen. Dadurch wird eine höhere Pr-Konzentration aufrechterhalten, was zu kontinuierlichen, subtilen Schattenvermeidungseffekten führt - insbesondere zu längere Internodien und größere Blätter. Dies trägt dazu bei, ein offeneres, produktiveres Blätterdach zu schaffen.
2. Behandlung am Ende des Tages (Blüteninduktion / Phasensignalisierung): Ein kurzer, intensiver Stoß von FR-Licht (710-740 nm), der unmittelbar nach dem Abschalten des PAR-Lichts abgegeben wird. Ziel ist es, die endgültige, vollständige Umwandlung aller verbleibenden Pfr (aktive Form) in Pr (inaktive Form) zu bewirken. Dieser entscheidende Vorgang - das Schaffen eines sauberen Schiefer von Pr zu Beginn der Dunkelperiode - hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Wahrnehmung der Nachtlänge durch die Pflanze, insbesondere in Bezug auf die Blüteninduktion.

Photoperiodismus: Die Messung der Nacht

Die Pflanze nutzt die zirkadiane Uhr zur Bestimmung der Zeit des Tages und Photoperiodismus zur Bestimmung der Länge des Tages (oder des Jahres). Der letztgenannte Mechanismus ist für die Blüte entscheidend.

Wir wissen, dass Cannabis, eine Kurztagspflanze, Folgendes braucht 12 Stunden Licht und 12 Stunden ununterbrochene Dunkelheit (12/12) benötigt, um zuverlässig zu blühen. Die grundlegende Entdeckung aus Pflanzenexperimenten ist, dass die Pflanzen die Länge der Nachtmessen, nicht den Tag. Erreicht die Pflanze eine ausreichend lange Nachterreicht, kann sie blühen, auch wenn die Lichtperiode verlängert wird. Wie Grower*innen auch wissen, hemmt eine Unterbrechung der Nacht, auch nur um ein paar Minuten, die Blüte vollständig, während kurze Dunkelheitsperioden am Tag irrelevant sind.

Far-Red für Bud Set und darüber hinaus

Die Anwendung der EOD FR-Behandlung ist eine direkte Manipulation des Phytochromsystems, um sicherzustellen, dass die Pflanze registriert dass die Nacht lang genug ist, um das Blütensignal auszulösen.

Die EOD-Behandlung und die Blüteninduktion

Wenn die Lichter auf natürliche Weise ausgehen (oder einfach ausgeschaltet werden), kehrt die Pfr-Form (aktiv, blütenhemmend) langsam zu Pr zurück, in einem Prozess, der als thermische Reversion. Allerdings kann eine kurze EOD FR-Behandlung zwingt diese Umwandlung jedoch zu einem sofortigen Abschluss.

• Durch die sofortige Umwandlung des gesamten Pfr in Pr stellt der Züchter sicher, dass die Pflanze ihren Dunkelheitszyklus mit dem mit dem geringstmöglichen Gehalt an dem aktiven Blühhemmstoff.
• Dies ist besonders hilfreich, um einen stabilen Übergang vom Strecken zum Knospenbildung und kann die Zeit, die eine Sorte braucht, um sichtbar mit der Blüte zu beginnen, oft um mehrere Tage und den gesamten Blütezyklus um bis zu einer Woche verkürzen. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt bei Sorten mit starken äquatorialen Einflüssen, die sonst Wochen brauchen, um Knospen zu produzieren.

Während FR-Licht in erster Linie die Form beeinflusst, könnte seine Einbeziehung in das Spektrum auch sekundäre, weniger untersuchte Auswirkungen auf die Knospendichte und möglicherweise andere physiologische Funktionen haben. Der genaue Zusammenhang mit dem Nährstoffkreislauf bleibt jedoch ein spekulativer Bereich. Es ist wichtig zu beachten, dass bereits ein kleiner Prozentsatz von FR alle gewünschten Effekte hervorruft. Wenn Sie eine 300-W-Lampe verwenden, reicht eine 30-W-FR-Lampe, die 8 Minuten lang nach dem Erlöschen der Beleuchtung läuft, aus, um die gewünschte Beschleunigung der Blüte zu erreichen. Wenn Sie Spektren zur Strukturverbesserung mischen, brauchen Sie sogar noch weniger.

Wie man es zu Hause anwendet

Für Grower*innen bestätigt die Kenntnis von Pr und Pfr einfach den Mechanismus hinter dem bekannten Lichtentzug (light dep) Zeitplan. Mit dem Verständnis, dass Pfr die chemische Bremse für den Blühprozess ist, kann Grower*innen das FR-Licht nutzen, um sicherzustellen, dass diese Bremse zu Beginn jedes Dunkelheitszyklus vollständig gelöst wird, was zu einem schnelleren und gleichmäßigeren Blühbeginn führt. FR-Streifen sind heutzutage weit verbreitet und bieten eine kostengünstige und effektive Möglichkeit, die Pflanzenstruktur und die Blütezeit zu Hause zu beeinflussen. Wer möchte nicht, dass seine 9-Wochen-Sorten um Tag 56 herum fertig werden? Die Wellenlänge des Flüsterns ist einfach der Schlüssel zur Entfaltung des vollen Entwicklungspotenzials der Pflanze.