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27. August 2018

Buntes Licht für bessere Ernte

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Experimentaufbau: Welches Lichtspektrum lässt welche Pflangen besonders gut wachsen. (Foto: A. Sommer)

An der TU Darmstadt untersuchen Wissenschaftler der Elektrotechnik und Informationstechnik in einem interdisziplinären Projekt mit der Biologie, welchen Einfluss unterschiedliche Beleuchtungen auf Pflanzen und deren Wachstum haben.

Bereits seit einigen Jahren ist bekannt, dass die verschiedenen Wellenlängen des Lichts unterschiedliche Auswirkungen auf Pflanzen haben: Pflanzen wachsen nicht nur unter rein weißem Licht, sondern auch unter blauem und rotem Licht. Dabei kann das langwellige rote Licht unter anderem die Blütephase der Pflanzen ändern. Zu viel dunkelrotes Licht allerdings lässt sie in die Höhe schießen. Die Pflanze »denkt«, sie steht im Schatten. Kurzwelligeres blaues Licht sorgt dagegen für kräftige Pflanzen mit dickeren Blättern. Aber auch hier gilt: Weniger ist mehr. Denn auch zu viel blaues Licht ist schlecht für die Pflanzen, da es sie in ihrem Wachstum hemmen kann. Eine gute Mischung ist daher essentiell.

Prof. Tran Quoc Khanh am Fachgebiet Lichttechnik des Fachbereichs Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Darmstadt forscht gemeinsam mit Prof. Ralf Kaldenhoff, Leiter der Arbeitsgruppe Angewandte Pflanzenwissenschaften des Fachbereichs Biologie daran, wie sich der Pflanzenertrag pro Zeit- und Flächeneinheit durch maßgeschneiderte Lichtspektren erhöhen lässt.

Der Ansatz der Darmstädter basiert auf der Untersuchung des Zusammenhangs der Photosyntheseaktivität und Wachstumsergebnissen. Für ihre Messungen bestrahlen die Wissenschaftler ein Blatt mit unterschiedlichen Lichtintensitäten sowie Spektren und erfassen dabei die Kohlenstoffdioxidabnahme in der Luft. Denn je größer die Photosyntheseaktivität von Pflanzen ist, desto mehr Kohlenstoffdioxid wird von ihnen aufgenommen und in Glukose umgewandelt. Und: desto schneller wächst die Pflanze. Hierfür haben sie eigens eine Apparatur entwickelt.

Anhand der so gewonnenen Daten lässt sich exakt bestimmen, bei welcher Bestrahlung eine Pflanze die stärkste Photosyntheseaktivität zeigt – und damit die besten Wachstumsvoraussetzungen hat. Hier hat jede Pflanzenart ihre eigenen Vorlieben. Die gewonnenen Daten sind für die geplanten größer angelegten Wachstumsexperimente extrem hilfreich, in denen neben der Lichtintensität und der Wellenlänge noch weitere Faktoren getestet werden sollen, um das Pflanzenwachstum zu optimieren.

In naher Zukunft könnten die Erkenntnisse der Darmstädter Forscher dazu genutzt werden, Pflanzen bestmöglich wachsen zu lassen. Mit Hilfe der optimalen Lichtbestrahlung werden Faktoren wie Schnelligkeit beim Wachsen oder der Nährstoffgehalt der Pflanzen beeinflussbar sein. Die Optimierung der verschiedenen Einflussparameter kann in Zukunft mittels künstlicher Intelligenz erfolgen. Energieeffizientes Wachsen auf wenig Raum mit viel Ertrag macht das Anbauen außerdem in Städten attraktiv.

www.etit.tu-darmstadt.de