Botaniker wissen, dass Pflanzen Infrarotlicht nutzen können, Licht mit einer längeren Wellenlänge als das menschliche Auge sehen kann. Diese Entdeckung hat zu Forschungen zur Verbesserung der Fähigkeit von Pflanzen geführt, dieses Licht zur Verbesserung der photosynthetischen Effizienz zu nutzen. Nun haben Untersuchungen von Shuyang Zhen und Kollegen über Pflanzen im Sonnenlicht ergeben, dass Pflanzen bereits viel von diesem verborgenen Licht am helllichten Tag nutzen. Ihr Studium, veröffentlicht in einer der nächsten Ausgaben von New Phytologist, deutet darauf hin, dass in den Blättern im Schatten eines Pflanzendachs mehr passiert, als Botaniker dachten.
Ihre Ergebnisse könnten erhebliche Auswirkungen auf die Modellierung von Nutzpflanzen und deren Nutzung von Licht haben. Zhen und Kollegen weisen darauf hin, dass viele Forschungsergebnisse photosynthetisch aktive Strahlung als Licht im Spektrum zwischen 400 und 700 nm definieren.
„Die photosynthetische Aktivität von dunkelroten Photonen unter voller Sonne und im Schatten der Vegetation legt nahe, dass Pflanzen- und Ökosystemmodelle die Photosynthese des Blätterdachs möglicherweise erheblich unterschätzen“, schreiben Zhen und Kollegen. „Diese Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass gentechnisch veränderte Pflanzen zur Produktion von chl d und f fernrote Photonen zu nutzen, kann möglicherweise nicht den erwarteten hohen Grad an Ertragssteigerung erreichen; Die Hypothese hinter diesem Ansatz ist, dass Pflanzen derzeit keine Photonen über 700 nm verwenden. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass Pflanzen bereits Photonen bis zu etwa 750 nm effizient nutzen, sowohl bei voller Sonneneinstrahlung als auch im Schatten des Blätterdachs.“
Wie effektiv die Infrarot-Photonen bei Tageslicht sind, untersuchten die Botaniker mit einem Kurzpassfilter. Dies ist ein Bildschirm, der sichtbares Licht durchlässt, aber etwa 95 % des Lichts im Infrarotbereich blockiert. Der Filter entzog den Pflanzen effektiv Infrarotlicht. Nachdem Sie den Filter über Sunflower (Helianthus) und Mais (Zea Mays) hat das Team dann gemessen, was mit der Photosynthese in den Blättern passiert ist.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die photosynthetische Aktivität der Blätter innerhalb von Sekunden, nachdem der Filter das Infrarotlicht blockierte, um über sechs Prozent abnahm. Ein Nebeneffekt dieses Filters war, dass er auch ultraviolettes Licht blockierte, also versuchte das Team einen anderen Filter, der nur ultraviolettes Licht entfernte. Dadurch wurde die Photosynthese um nur ein Prozent reduziert, was zeigt, dass die Infrarotbarriere den größeren Effekt hatte.
Zhen und Kollegen argumentieren, dass die Fixierung auf den Bereich des sichtbaren Lichts bedeutet, dass es Probleme sowohl bei der Modellierung als auch beim Experimentieren gibt. LED-Leuchten, die nur Photonen im sichtbaren Spektrum emittieren, fehlt das Infrarotlicht, das Pflanzen unter natürlichen Bedingungen verwenden. Ebenso können ältere Halogenlampen zu viel Infrarotlicht emittieren. Aus diesem Grund sollten Wissenschaftler, die sich mit der Photosynthese beschäftigen, spezielle IR-LEDs verwenden, die sie für Experimente kalibrieren können.
Infrarotlicht ist besonders wichtig im Schatten, wo es mehr als die Hälfte des Lichts ausmachen kann, das ein Blatt erhält. Dieser Schatten würde viele Blätter unter dem Baldachin von Feldfrüchten umfassen.
Die Autoren schlussfolgern: „Wir empfehlen, die Definition der photosynthetisch aktiven Strahlung um Photonen von 400 bis 750 nm mit dem Akronym ePAR (extended PAR) zu erweitern, einer verbesserten Metrik, die die Photosynthese besser vorhersagt als PAR.“
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Zhen, S., van Iersel, MW und Bugbee, B. (2022) „Photosynthese in Sonne und Schatten: die überraschende Bedeutung von fernroten Photonen“, New Phytologist. https://doi.org/10.1111/nph.18375
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