Kunstmatige verlichting in de landbouw
Dat planten niet kunnen groeien zonder licht is al lang bekend; niettemin is het pas in de laatste honderd jaar, dankzij vooruitgang in wetenschap en technologie, dat het precieze effect dat licht op planten heeft volledig is ontdekt.
Het gebruik van kunstlicht in de landbouw is gericht op het verschaffen van een lichtbron die analoog is aan het licht dat de zon geeft. Vanwege technologische vooruitgang zijn LED-lampen de beste optie geworden voor tuinbouwverlichting, met name die waarvan de spectra specifiek kunnen worden afgestemd op de behoeften van de plant. In vergelijking met meer conventionele verlichtingsopties, zoals hogedruknatrium (HPS) en fluorescentielampen, bieden lampen met LED's aanzienlijke voordelen wat betreft hun impact op het milieu en hun productie-efficiëntie.
Een rapport over het gebruik van kunstmatige verlichting in de landbouw is geschreven door Valoya en co-auteur van onderzoekers van de Universiteit van Almeria en Buresinnova. Het rapport is in januari 2018 gepubliceerd. Het onderzoek presenteert proeven die gebruik maken van verschillende spectra en soorten licht om te bepalen welke impact elke vorm van licht kan hebben op planten, afhankelijk van de omstandigheden waaronder ze worden gekweekt. Het volgende is een fragment uit het onderzoek dat u kunt lezen.
1. Licht en de communicatie tussen planten
Elektromagnetische golven zijn verantwoordelijk voor de overdracht van energie door de atmosfeer. Voorbeelden van elektromagnetische golven zijn microgolven, radio- of televisiegolven, röntgenstralen, ultraviolette stralen of zichtbaar licht. Elektromagnetische golven kunnen van elkaar worden onderscheiden door hun variërende frequenties en golflengten. Het elektromagnetische spectrum bestaat uit een breed scala aan frequenties en golflengten, waarvan sommige beter worden herkend dan andere (bijvoorbeeld microgolven, radiogolven, zichtbaar licht, enzovoort).
Elektromagnetische straling heeft een tweeledig karakter; terwijl het als golven door de ruimte beweegt, wisselt het ook energie uit in de vorm van deeltjes (fotonen). In 1905 was Albert Einstein de eerste die beweerde dat licht eigenschappen bezit van zowel deeltjes als golven tegelijk. Fotonen zijn de namen van de deeltjes die zich in een lichtstraal bevinden. Fotonen waarvan de golflengte overeenkomt met langere afstanden (lagere frequenties) dragen minder energie dan fotonen waarvan de golflengte overeenkomt met kortere afstanden.
Het menselijk oog kan licht detecteren met golflengten tussen 400 en 700 nanometer (nm), wat ongeveer overeenkomt met het deel van het elektromagnetische spectrum dat door planten wordt gebruikt tijdens het proces van fotosynthese. Daarom wordt licht met een golflengte tussen 400 en 700 nm fotosynthetisch actieve straling (of kortweg PAR) genoemd. Het spectrum van golflengten dat in zonlicht kan worden gezien, is continu en strekt zich uit tot ver buiten het visuele bereik. Het menselijk oog is verantwoordelijk voor het omzetten van verschillende golflengten in kleuren, die vervolgens in het menselijk brein worden verwerkt. De kleur blauw wordt geproduceerd door licht met een golflengte die dichter bij 400 nm ligt, terwijl de kleur rood wordt geproduceerd door licht met een golflengte die dichter bij 600 nm ligt. Het geel-groene golflengtebereik is het bereik waarop het menselijk oog het gevoeligst reageert.
2. Pigmenten, fotoreceptoren en het chemische proces van fotosynthese in planten
In bijna hetzelfde bereik als het menselijk oog wordt het lichtspectrum door planten geabsorbeerd; in tegenstelling tot mensen zijn planten echter beter in staat om rood en blauw licht op te nemen.
Chlorofyl is een van de primaire chemicaliën die planten in staat stelt licht te absorberen en de energie die het levert te gebruiken om water en koolstofdioxide om te zetten in zuurstof en andere complexe organische moleculen. Dit proces staat bekend als fotosynthese. Chlorofyl is een plantenpigment dat kan worden gevonden in intracellulaire chloroplasten. Chlorofylmoleculen zijn groen van kleur en zijn in feite de oorzaak van de groene verkleuring in stengels en bladeren. Er zijn twee primaire vormen van chlorofyl die in hogere planten voorkomen. Dit zijn chlorofyl a en chlorofyl b, en hun lichtabsorptiekrommen verschillen op een zeer kleine manier van elkaar. Vanwege dit relatief kleine onderscheid kunnen ze verschillende golflengten vastleggen, waardoor ze een groter deel van het zonlichtspectrum vastleggen. Als gevolg van het vermogen van chlorofyl om voornamelijk rood en blauw licht te absorberen terwijl groene golflengten worden gereflecteerd, lijken planten groen voor onze ogen.
Chlorofyl is echter niet het enige pigment dat in planten wordt aangetroffen; zogenaamde hulppigmenten (zoals onder andere carotenoïden en xanthofylen) en fenolische stoffen (zoals flavonoïden, anthocyanines, flavonen en flavonoïden) absorberen andere golflengten dan alleen rood en blauw. Geel, rood en violet zijn de kleuren waaruit de hulppigmenten bestaan. Naast het lokken van vogels en insecten, helpt het gebruik van deze tinten weefsels te beschermen tegen de schadelijke effecten van externe stressoren zoals intense lichtstraling.
Fotoreceptoren zijn een ander type deeltje dat licht kan absorberen. De drie primaire klassen van fotoreceptoren worden fytochromen, fototropines en cryptochromen genoemd. Bovendien is de UVR8-fotoreceptor een gespecialiseerde fotoreceptor die alleen reageert op ultraviolet licht. Elk type fotoreceptor is gevoelig voor een specifiek golflengtebereik van licht en is verantwoordelijk voor een bepaalde fysiologische reactie in planten. Deze reacties zijn als volgt:
Fototropines hebben een effect op zowel de fysieke positie van de chloroplasten als op het openen van de huidmondjes. Ze kunnen blauw licht opvangen.
De interne klok van planten wordt gecontroleerd door cryptochromen, die hun omgeving controleren op signalen die verband houden met licht. Daarnaast worden ze geassocieerd met morfologische reacties, zoals de onderdrukking van stengelverlenging, de vergroting van zaadlobben, de ontwikkeling van anthocyanines en fotoperiodieke bloei. De golflengten van UVA (ultraviolet), blauw en groen licht worden opgenomen door cryptochromen.
De bloei wordt veroorzaakt door fytochromen, die ook verantwoordelijk zijn voor de vorming van zaden. Stengelverlenging, bladuitbreiding en het "schaduwvermijdingssyndroom" worden allemaal gecontroleerd door fytochromen in planten. De verhouding van rood en verrood licht die in de omgeving aanwezig is, heeft een effect op de fotostationaire toestand van het fytochroommolecuul, dat op zijn beurt de reacties medieert die worden gereguleerd door fytochroom.
Bloei, de ontwikkeling van zaden en andere functies zoals kieming, bloeitijdstip en plantvorm zijn allemaal activiteiten die lichtafhankelijk zijn. Fotosynthese, het proces dat de energie levert voor de vorming van biomassa, is slechts één van deze processen. Dit gedrag is onlosmakelijk verbonden met de kwaliteit van het licht dat de plant van zijn omgeving ontvangt, en dat is hoe de plant signalen uit zijn omgeving interpreteert. Deze reacties worden gemedieerd door golflengten die zowel binnen als buiten het PAR-gebied liggen, inclusief UV- en verrode straling.
Voor meer informatie, let opbenwei officiële website!
