Buntes Licht für bessere Ernte

14.08.2018

Buntes Licht für bessere Ernte

etit-Forscher untersuchen den Einfluss des Lichts auf das Pflanzenwachstum

Die Weltbevölkerung wächst rasant, Nahrung könnte in Zukunft knapp werden. Pflanzen bilden die Grundlage für viele Lebensmittel, weshalb der Bedarf stetig steigt. 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. Ziel ist es, eine Methode zu entwickeln, mit der der Ernteertrag optimiert werden kann – und das energie- und umweltschonend.

Wachstumsexperiment: Welches Lichtspektrum lässt Pflanzen besonders gut wachsen? Foto: A. Sommer
Wachstumsexperiment: Welches Lichtspektrum lässt Pflanzen besonders gut wachsen? Foto: A. Sommer

Pflanzen sind lebensnotwendig für die Menschen. Nicht nur als Sauerstofflieferant und zunehmend auch als Kraftstoff werden Pflanzen benötigt, sondern vor allem als Lebensmittel. Mit dem Anwachsen der Weltbevölkerung steigt auch der Bedarf an Nahrungsmitteln, der vor allem über Pflanzen gedeckt werden kann. 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 erhöhen lässt. Dabei sollen diese möglichst energieeffizient und umweltschonend und zudem jahreszeitenunabhängig angebaut werden können. Bei einem solchen Innenanbau können unter anderem Dünger und Wasser stark eingespart werden.

Lichtspektrum beeinflusst Pflanzenwachstum

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 Blätter. 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 essenziell.

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.

Zukunftsaussichten

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. Die Ernährung der Weltbevölkerung wäre um ein Stück weit verbessert, wenn nicht sogar gesichert.

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