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In der modernen Landwirtschaft mit kontrollierter Umgebung ist die präzise Regulierung der Lichtverhältnisse zu einem wichtigen Mittel zur Verbesserung der Erntequalität und zur Reduzierung der Anreicherung schädlicher Substanzen geworden.
LED-BeleuchtungMit seinem einstellbaren Spektrum und seiner Energieeffizienz hat es großes Potenzial im Bereich der Pflanzenwachstumsbeleuchtung gezeigt. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Untersuchung, wie sich die Qualität des LED-Lichts auf Pflanzen auswirkt, insbesondere auf den Nitratgehalt in Gemüsepflanzen.
Die Anreicherung von Nitrat in Gemüse beinhaltet komplexe physiologische Prozesse, einschließlich der Absorption und Reduktion der Assimilation von Nitratstickstoff, ein Prozess, der durch die Lichtverhältnisse reguliert wird.
Pflanzen reduzieren Nitratstickstoff durch die Wirkung von Schlüsselenzymen wie der Nitratreduktase, die außerdem an der Aminosäuresynthese und -umwandlung beteiligt ist, zu Ammoniak. Diese Aminosäuren dienen als Substrate für die Proteinsynthese. Auf dieser Grundlage werden Proteine modifiziert, klassifiziert, transportiert und gelagert und bilden gemeinsam die Grundlage für die Aktivitäten des Pflanzenlebens.
Eine übermäßige Anreicherung beeinträchtigt nicht nur den Nährwert von Lebensmitteln, sondern kann auch eine potenzielle Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen. Wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass die Lichtqualität bei verschiedenen Wellenlängen erhebliche regulatorische Auswirkungen auf den Kohlenstoff-Stickstoff-Stoffwechsel von Pflanzen hat, wobei rotes und blaues Licht besonders kritisch sind.
Als Nächstes werden wir untersuchen, wie LED-Lichtquellen mit unterschiedlichen Anteilen und Wellenlängen den Nitratgehalt in Gemüse wirksam reduzieren, indem sie die Nitratreduktase-Aktivität anpassen, die Stickstoffabsorption und -assimilation in Pflanzen sowie die Anreicherung damit verbundener Kohlenhydrate und Antioxidantien beeinflussen.
Der Einfluss der Lichtqualität auf den Kohlenstoff-Stickstoff-Stoffwechsel von Pflanzen manifestiert sich auf mehreren Ebenen, wobei unterschiedliche Wellenlängen des Lichts erhebliche regulatorische Auswirkungen haben Photosynthese, Stickstoffaufnahme, -umwandlung und -nutzung in Pflanzen.
Rotlicht (Wellenlänge etwa im Bereich von 600–700 Nanometern) verbessert die Pflanzen’ Photosyntheserate.
Es wird effizient von Chlorophyll absorbiert und in chemische Energie umgewandelt, wodurch die Aufnahme von CO₂ während der Kohlenstofffixierung gefördert und die Anreicherung von Kohlenhydraten im Pflanzengewebe erhöht wird.
Pflanzen, die in einer Rotlichtumgebung wachsen, haben typischerweise einen höheren Kohlenhydratgehalt, was sich positiv auf das Pflanzenwachstum und die Ansammlung von Biomasse auswirkt.
Blaues Licht (Wellenlänge etwa im Bereich von 400-500 Nanometern) hat einen stärkeren Einfluss auf den Stickstoffstoffwechsel der Pflanze.
Es kann direkt oder indirekt die Aktivität von Schlüsselenzymen wie der Nitratreduktase beeinflussen, wodurch die Reduktion von Nitrat zu Ammoniak gefördert und die Verfügbarkeit von Ammoniakquellen für Pflanzen erhöht wird.
Blaues Licht stimuliert auch die Stickstoffabsorption und -assimilation in Pflanzen, steigert den Stickstoffstoffwechsel der Pflanzen und beeinflusst dadurch die Synthese von Aminosäuren und Proteinen.
Die Kombination von rotem und blauem Licht kann den Kohlenstoff-Stickstoff-Haushalt in Pflanzen effektiver regulieren.
Rotes Licht fördert vor allem die Anreicherung von Kohlenhydraten, während blaues Licht eine Rolle im Stickstoffstoffwechsel spielt.
Wenn beide Lichter zusammenarbeiten, können sie die Stoffwechselwege innerhalb der Pflanzen regulieren und so eine rationellere Verteilung und Nutzung der Kohlenstoff- und Stickstoffressourcen gewährleisten, wodurch die Effizienz des Pflanzenwachstums und die Produktqualität verbessert werden.
Blaues Licht kann indirekt die Stickstoffassimilation und den Stickstofftransport fördern, indem es die Intensität der Pflanzenatmung beeinflusst, z. B. die Dunkelatmung der Mitochondrien verstärkt und die Enzymaktivität bei der Glykolyse und dem Tricarbonsäurezyklus anpasst, wodurch indirekt die Aktivität von Enzymen im Zusammenhang mit dem Stickstoffstoffwechsel gefördert und somit beeinflusst wird Stickstoffassimilation und -transport.
In einem Experiment von Qi Liandong et al. Im Jahr 2007 wurden mithilfe farbiger Leuchtstofflampen zur Bereitstellung roter, blauer und gelber Lichtquellen die Auswirkungen unterschiedlicher Lichtqualitäten auf den Spinatertrag und die Nitratanreicherung untersucht.
Die Studie ergab, dass im Vergleich zu weißem und gelbem Licht die Biomasse unter Rotlichtbehandlung zwar nicht hoch war, die Bildung und Anreicherung von Trockenmasse und Kohlenhydraten jedoch begünstigt wurde. Darüber hinaus könnte es den Nitratgehalt senken.
In einer Studie von Urbonaviciute et al. 2007 wurden unter Verwendung von Leuchtstofflampen als Kontrolle die Auswirkungen unterschiedlicher LED-Lichtzusammensetzungen auf das Salatwachstum und den Nitratgehalt untersucht. Die getesteten Zusammensetzungen enthielten 92 % rotes LED-Licht (640 nm) + 8 % nahezu ultraviolettes Licht, 86 % rotes LED-Licht + 14 % blaues LED-Licht und 90 % rotes LED-Licht + 10 % grünes Licht.
Die Behandlung mit 86 % LED-Rotlicht + 14 % LED-Blaulicht zeigte einen deutlich höheren Zuckergehalt im Vergleich zu den beiden anderen Kombinationen und der Kontrollgruppe. Allerdings war der Zuckergehalt in den anderen beiden Kombinationen deutlich niedriger als in der Kontrollgruppe.
Der Nitratgehalt war bei allen drei Behandlungen um 15 bis 20 % niedriger als bei der Kontrolle. Rotes Licht spielt eine entscheidende Rolle bei der Stimulierung der Nitratreduktase, während die Kombination von rotem und blauem Licht die Stickstoffabsorption und -assimilation in Pflanzen fördert.
Durch Optimierung der Lichtqualität kann der Nitratgehalt um mehr als 20 % gesenkt werden. Es gab jedoch keinen signifikanten Unterschied im Nitratgehalt zwischen den drei Kombinationen, was darauf hindeutet, dass rotes Licht möglicherweise die primäre Rolle bei der Reduzierung des Nitratspiegels spielt.
Auswirkungen unterschiedlicher Lichtqualitäten auf die Salatqualität und die Nährstoffaufnahme
Leichte Qualität | AsA-Gehalt (mg/kg) | Nitratgehalt (mg/kg) | Kalzium (mg/g) | Magnesium (mg/g) | Kalium (mg/g) |
Weiße Leuchtstofflampen | 100,25a | 3500a | 8.42b | 3.61a | 74.7a |
Rote LED | 79,00b | 2350b | 8,37b | 3,69a | 75,77a |
Blaue LED | 93,25b | 3710a | 9,88a | 3,48a | 72.48a |
Rot + Blau | 103.25a | 2174b | 8,36b | 3,72a | 78,32a |
Beim Vergleich der Versuchsdaten ist aus der Grafik ersichtlich, dass die LED-Rotlichtbehandlung den AsA-Gehalt in der getesteten Loseblattsalatsorte im Vergleich zur Kontrolle deutlich reduzierte. LED-Blaulicht und LED-Rot-Blau-Licht hatten keinen Einfluss auf den AsA-Gehalt.
Im Vergleich zur Kontrolle verringerte die LED-Rotlichtbehandlung den Nitratgehalt in der getesteten Salatsorte deutlich, während LED-Blaulicht keinen Einfluss auf den Nitratgehalt im Salat hatte.
Die LED-Rotlichtbehandlung führte auch zu einer Verringerung des Kalziumgehalts in den Blättern der getesteten Sorte im Vergleich zur Kontrolle, obwohl der Unterschied nicht signifikant war.
Der Kalziumgehalt in den Blättern des losen Salats erreichte unter der LED-Blaulichtbehandlung sein Maximum und lag damit deutlich höher als bei der Kontrolle, während der Kalziumgehalt in den Blättern der getesteten Sorte unter der LED-Rot-Blaulicht-Behandlung keinen Unterschied zum Vergleich zeigte Kontrolle.
Unterschiedliche LED-Lichtqualitäten hatten keinen signifikanten Einfluss auf den Gesamtgehalt an Magnesium und Kalium in den Blättern.
Samuoliene et al. (2011) führten eine Studie über die Wirkung von LED-Zusatzbeleuchtung an drei Salatsorten durch, die unter Natriumhochdrucklampen (16 Stunden) in einem Gewächshaus angebaut wurden.
Drei Tage vor der Ernte reduzierte eine 16-stündige Zusatzbeleuchtung mit 638 nm und 300 µmol/m2·s LED-Rotlicht den Nitratgehalt in rotem und hellgrünem Salat deutlich um 56,2 % bzw. 20,0 %, erhöhte jedoch den Nitratgehalt in hellgrünem Salat um das Sechsfache .
Eine zusätzliche LED-Beleuchtung erhöhte den Gesamtphenolgehalt (52,7 % bzw. 14,5 %) und die Fähigkeit zum Abfangen freier Radikale (2,7 % bzw. 16,4 %) bei rotem und hellgrünem Salat, verringerte sich jedoch bei grünem Salat. Nach der Behandlung stieg lediglich der AsA-Gehalt im roten Salat signifikant an (63,3 %).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Forschung zum Einfluss der LED-Lichtqualität auf den Nitratgehalt von Pflanzen eine einfache Analogie nahelegt: Verschiedene Farben von LED-Lichtern wirken wie verschiedene Zutaten in einem maßgeschneiderten Ernährungsplan für Pflanzen, jede mit einzigartigen Auswirkungen auf Wachstum und Nährstoffzusammensetzung.
Interessanterweise ähnelt die richtige Kombination von rotem und blauem Licht einem sorgfältig hergestellten Gericht, das Pflanzen effizienter dazu bringen kann, den Nitratgehalt zu reduzieren.
Wenn es jedoch um die Reduzierung des Nitratgehalts geht, scheint rotes Licht die Nase vorn zu haben. Darüber hinaus haben unterschiedliche Lichtqualitäten unterschiedliche Auswirkungen auf andere Nährstoffbestandteile in Pflanzen, wie z. B. den Vitamin C- (Ascorbinsäure-), Kalzium-, Magnesium- und Kaliumgehalt.
Dies weist darauf hin, dass die Wahl der Lichtqualität tatsächlich eine technische Angelegenheit ist und flexible Anpassungen basierend auf den spezifischen Bedürfnissen der Pflanze erfordert.
Basierend auf den oben genannten experimentellen Daten zeigt der Einfluss von rotem Licht auf die antioxidative Kapazität von Salat den Einfluss der Lichtqualität auf pflanzenphysiologische Stoffwechselprozesse.
Die Wirkung der Rotlichtergänzung variiert jedoch je nach Sorte, wobei die Empfindlichkeit jeder Sorte gegenüber der Lichtumgebung durch die Anreicherung antioxidativer Substanzen in den Salatblättern bestimmt wird.
Der Einsatz von LED-Zusatzbeleuchtung gleicht einem Krafttraining für Pflanzen. Insbesondere durch die Ergänzung mit Rotlicht kann der Nitratgehalt in bestimmten Salatsorten vor der Ernte wirksam gesenkt und gleichzeitig die antioxidative Kapazität erhöht werden.
Dies gilt jedoch nicht für alle Sorten, was darauf hindeutet, dass Pflanzen’ Die Anforderungen an die Lichtumgebung variieren je nach ihren Eigenschaften.
Insgesamt ermöglicht uns der Einsatz von LED-Lichtquellen mit unterschiedlichen Lichtqualitäten daher nicht nur die Regulierung des Nitratgehalts von Pflanzen, sondern auch die Verbesserung der Gesamtqualität und des Nährstoffgehalts von Pflanzen durch die Optimierung der Lichtumgebung.
Dies bietet der modernen Landwirtschaft zweifellos ein weiteres neues Werkzeug und einen neuen Ansatz für das Präzisionsmanagement.
Von der individuellen Lichtplanung bis hin zu maßgeschneiderten Angeboten und allem dazwischen steht Ihnen unser Team aus Gartenbauexperten jederzeit zur Seite.
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