Wozu Pflanzen Sonnenlicht benötigen

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Neben Wasser und mineralischen Nährstoffen brauchen die Pflanzen Licht, um wachsen und gedeihen zu können. Zwar reicht die Bandbreite der Pflanzenwelt von echten Sonnenanbetern bis zu ausgesprochenen Schattenfreunden mit allen nur denkbaren Zwischenformen, aber ganz ohne Licht kann keine Pflanze auf Dauer existieren. Wenn also das Licht für die Pflanzen so wichtig ist, dann wird man sich natürlich fragen, wozu sie es denn eigentlich benötigen. Und es wird sich zeigen, dass das Licht eine ganze Reihe von physiologischen Vorgängen steuert oder überhaupt erst ermöglicht.

 

Fundamentalster biochemischer Prozess: die Photosynthese

Da wäre zunächst die Photosynthese oder Assimilation zu nennen. Sie ermöglicht es den Pflanzen, aus Wasser und Kohlendioxid unter Freisetzen von Sauerstoff Traubenzucker (Glucose) aufzubauen. Bei dieser Reaktion spielt der grüne Pflanzenfarbstoff, das Chlorophyll, eine wichtige biochemische Vermittlerrolle. Die Glucose ist der universelle Basisstoff, den die Pflanze als Ausgangsmaterial für den Aufbau einer Fülle von weiteren organischen Substanzen verwendet. Die Photosynthese ermöglicht es den Pflanzen also, aus einfachen anorganischen, also nicht aus der belebten Natur stammenden Substanzen organische Stoffe aufzubauen, die mit den Lebensvorgängen untrennbar verbunden sind. Die tierischen Lebewesen beherrschen diesen Prozess nicht. Sie sind selbst nicht in der Lage, die Stoffe, aus denen Ihr Körper besteht, aus anorganischen Materialien herzustellen. Sie sind deshalb auf den Verzehr organischer Nahrung angewiesen. Aber jede organische Nahrung, gleich ob es sich um Fleisch oder pflanzliche Produkte handelt, geht letzten Endes auf die Photosynthese zurück. Damit gehört dieser Prozess zu den fundamentalsten biochemischen Vorgängen auf unserer Erde. Er gewährleistet letzten Endes die Existenz und Fortdauer des Lebens auf unserem Planeten.

 

Die Photosyntheseaktivitäten der Pflanzenwelt haben noch einen anderen außerordentlich interessanten Aspekt. Wir wissen heute, dass der gesamte in der Atmosphäre vorhandene Sauerstoff im Lauf von 3,5 Mrd. Jahren durch die Photosyntheseleistung der Pflanzen erzeugt worden ist. Ohne Pflanzen gäbe es dort keinen Sauerstoff. Unser unbelebter Nachbarplanet Venus liefet den Beweis: Seine Atmosphäre enthält keinen Sauerstoff. Andererseits sind jedoch in der Atmosphäre des Mars, unseres anderen Nachbarplaneten, winzige Spuren von Sauerstoff nachzuweisen. Kein Wunder also, dass Forscher aus der ganzen Welt eifrig dabei sind, dort nach Hinweisen auf Leben zu suchen.

 

Doch kehren wir wieder zurück zur Erde. Aus dem Kohlenstoffgehalt der Ablagerungen auf dem Meeresboden kann man zurückrechnen, wie viel organisches Material durch Photosynthese im Lauf der Erdgeschichte entstanden ist. Daraus lässt sich wiederum berechnen, wie viel Sauerstoff gleichzeitig freigesetzt wurde. Und diese Rechnungen ergeben, dass sich in der heutigen Atmosphäre lediglich 5% des insgesamt erzeugten Sauerstoffes wieder finden. Der Rest wurde durch die verschiedensten Prozesse chemisch gebunden. Tatsächlich haben also die Pflanzen 20-mal so viel Sauerstoff produziert, wie wir heute vorfinden. Das ist in der Tat eine gigantische Leistung.

 

Die Ausnutzung des Sonnenlichtes ist bei den einzelnen Pflanzenarten unterschiedlich, in jedem Fall jedoch sehr bescheiden. Die so genannten C3- Pflanzen, zu denen die meisten unserer Ackerpflanzen gehören, sind kaum in der Lage mehr als 1 bis 2% der auftreffenden Lichtenergie zu binden. Sie erreichen ihre Maximalleistung bereits bei 25 bis 30% der Sonnenstrahlung eines (mitteleuropäischen) Hochsommertages. Um einiges mehr schaffen die so genannten C4- Pflanzen, zu denen insbesondere der Mais zählt. Sie stoßen erst bei voller hochsommerlicher Sonnenstrahlung an ihre Leistungsgrenze. Zu mehr als höchstens 5% vermögen sie allerdings die Sonnenenergie auch nicht auszuschöpfen.

 

Für die Photosynthese verwenden die Pflanzen fast ausschließlich blaues und rotes Licht. Das grüne ist so gut wie nicht brauchbar. Es wird deshalb reflektiert oder durch die Blätter durchgelassen. Daraus ergibt sich die eigentlich selbstverständliche Erklärung dafür, dass die Pflanzen grün erscheinen, und zwar sowohl in der Aufsicht wie auch in der Durchsicht.

Das durch einen Pflanzenbestand fallende Licht enthält also sehr viel Grün - aber nur mehr Spuren des für die Photosynthese dringend erforderlichen Blau und Rot. Es ist somit für den Unterwuchs weitgehend wertlos. Deshalb haben Pflanzen unter einem dichten Bestand kaum eine Wachstumschance. Das gilt natürlich auch für Unkräuter. Wir können also schon dadurch eine hochwirksame Unkrautbekämpfung betreiben, dass wir immer für einen gut geschlossenen Bestand an Nutzpflanzen sorgen.

 

Streben nach dem Licht: Vergeilen

Licht ist für die Pflanzen lebensnotwendig - Dunkelheit ist tödlich! Jede Pflanze, die im Dunkeln steht, wird also nach Kräften bemüht sein, schnellstens Triebe zum Licht hin zu entwickeln. Das gilt nicht nur für ausgewachsene Pflanzen sondern in gleicher Weise auch für keimende Sämlinge und Knollen. Erst wenn eine helle Umgebung erreicht ist, ist es sinnvoll, grüne Blätter zu entwickeln und Photosynthese zu treiben. Vorher muss alle Kraft in ein schnellstmögliches Wachstum gesteckt werden. Insbesondere auf Stabilität und Form kommt es während dieser gefährlichen Entwicklungsphase nicht an: Hauptsache, es wird möglichst bald das helle Licht erreicht. Man nennt diesen Vorgang "Vergeilen".

 

Sehr eindrucksvoll lässt sich das Vergeilen an Kartoffeln beobachten, die in einem dunklen Raum gelagert - zu keimen beginnen. Sie entwickeln in kürzester Zeit weiße, oft mehrere Dezimeter lange, blattlose Triebe. Erst wenn diese eine helle Stelle erreicht haben, beginnen sich die Blättchen zu entwickeln. Beim Bleichspargel versucht man künstlich, einen langen blattlosen und sehr zarten Trieb anzuregen, indem man ihm den Weg zum Licht durch Anhäufeln künstlich erschwert und verlängert. Auch die Endivie entwickelt zarte Blattansätze mit nur wenig Bitterstoffen, wenn man sie schopfartig zusammenbindet.

 

Sonne macht’s: rotbackige Äpfel

Licht wird auch zum Aufbau verschiedener Farbstoffe benötigt. So werden zum Beispiel Äpfel nur dort rotbackig", wo sie die Sonne trifft. Zum Aufbau des roten Farbstoffes benötigt der Apfelbaum rotes und infrarotes Licht aus dem Sonnenspektrum. Gelegentlich kann man auf einem Apfel die exakte Kontur eines Blattes finden, das den Sommer über auf ihm gelegen und so die Sonne abgeschaltet hatte. Dieses Verhalten ermöglicht einen interessanten Trick: Klebt man etwa zu dem Zeitpunkt, an dem die Ausfärbung der Äpfel beginnt, kleine lichtdichte Papierherzchen auf die Früchte, so bleibt unter den Herzchen die Rotfärbung aus. Wenn man im Herbst die Schablone abzieht, erhält man rote Äpfel mit einem gelben Herzchen darauf. Clevere Werbefachleute kleben auf die Äpfel Schablonen mit ihrem Firmenlogo.

 

Licht- und Dunkelkeimer

Die Samen vieler Pflanzen keimen nur, wenn in ihrer Umgebung eine bestimmte Mindesthelligkeit herrscht oder, anders ausgedrückt, wenn sie an der unmittelbaren Bodenoberfläche oder in ganz seichter Tiefe liegen. In sandigen Böden herrschen in 5 mm Tiefe immerhin noch 10 bis 20% der Außenhelligkeit. Typisch ist dieses Verhalten für sehr kleine Samen, die nur wenig Reservestoffe für den Austrieb besitzen. Würden sie in größerer Tiefe keimen, könnte ihr Keimling den Weg bis zur Bodenoberfläche nicht durchstehen. Pflanzen mit einem solchen Keimverhalten bezeichnet man als "Lichtkeimer". Aus dem Bereich der Nutzpflanzen zählen insbesondere Gräser, Salat, Möhre und Senf dazu.

 

Auch viele Unkräuter sind Lichtkeimer. Sie können beim Unterhacken oder im Komposthaufen in eine Art Dämmerzustand versinken und erst nach erneuter Bodenbearbeitung oder beim Ausbringen des Kompostes in der Tageshelligkeit wieder zu unerwartetem Leben erwachen. Eine Mulchauflage, die ihnen das notwendige Licht entzieht, verhindert das. Insbesondere gilt das natürlich für dunkle Materialien wie z. B. Rindenspäne. Mulchen wird auf diese Weise - auch wegen seiner anderen positiven Auswirkungen auf das Pflanzenleben - zu einem wichtigen Hilfsmittel beim Landbau. Auch ein ausreichend geschlossener Nutzpflanzenbestand taucht die Bodenoberfläche in Dunkelheit. Unter einem ausgewachsenen Kartoffelbestand beispielsweise herrschen nur noch wenige Prozent der Außenhelligkeit. Damit wird lichtkeimenden Unkräutern die Basis für einen Austrieb entzogen.

 

Oft reicht aber bereits ein kurzes Lichtsignal, um den Keimvorgang auszulösen. Die immer wieder vertretene Ansicht, dass nach einer nächtlichen Bodenbearbeitung viel weniger Unkräuter auflaufen als bei einer Bearbeitung im Tageslicht, könnte damit eine physiologisch begründete Erklärung finden: Während die kurze Lichteinwirkung während der Bodenbearbeitung am hellen Tag bei den Unkrautsamen den Keimvorgang startet, belässt sie die Dunkelheit nächtlicher Bodenbearbeitung unbeeinflusst in ihrem physiologischen Dämmerschlaf.

 

Andere Pflanzen zeigen ein völlig gegenteiliges Keimverhalten: Melone, Kürbis und Gurke zum Beispiel keimen nur bei absoluter Dunkelheit. Dem entsprechend heißen sie "Dunkelkeimer". Die meisten Nutzpflanzen lassen sich jedoch von der Umgebungshelligkeit nicht beeinflussen.

 

Unsere Ackerkulturen: Langtagpflanzen

Bei einer Reihe von Pflanzen setzt die Blüte erst ein, wenn täglich mindestens 14 Stunden lang Tageslicht herrscht oder ihre Blühwilligkeit wird durch entsprechende Helligkeit entscheidend gefördert. Man nennt sie "Langtagspflanzen". Dabei werden aber keine besonders hohen Ansprüche an die Helligkeit gestellt. 100 Lux reichen als Lichtsignal bereits aus. 100 Lux entsprechen der Helligkeit bei wolkenlosem Himmel kurz vor Sonnenaufgang und kurz nach Sonnenuntergang. Bei uns sind Langtagsbedingungen etwa von Mitte April bis Ende August gegeben. Nach Norden zu setzt der Langtag wegen der längeren Dämmerungsphase schon früher ein und hält auch länger in den Herbst hinein an; nach Süden zu ist es umgekehrt.

 

Typische Langtagspflanzen sind Getreide, Kartoffel, Raps, Beta- und Brassicarübe. Von den gärtnerischen Nutzpflanzen zählen Zwiebel, Kopfsalat, Erbse, Fenchel und Spinat dazu. Nun soll die Erbse reichlich blühen, der Fenchel dagegen überhaupt nicht. Also wird man die Erbsen zeitig im Jahr aussäen, den Fenchel aber erst, wenn die Tage schon wieder kürzer werden, also frühestens ab Mitte Juli. Auch beim Spinat kann man das Blühen unterdrücken, wenn man ihn entweder sehr früh oder erst im Spätsommer anbaut. Chinakohl und Pak Choi gehören ebenfalls in diese Gruppe. Sie bilden nur dann schöne Köpfe und verzichten auf die Blüte, wenn sie im Herbst nach dem Ende der Langtagsphase heranwachsen. Fast alle Sommerblumen, insbesondere die Fuchsien, verhalten sich entsprechend. Die Fuchsien werden sogar erst bei einem täglichen Lichtgenuss von 16 Stunden richtig blühfreudig.

Andererseits gibt es auch "Kurztagspflanzen", die ausschließlich oder aber bevorzugt dann zur Blüte kommen, wenn der Tag kürzer als 14 Stunden ist. Genau genommen reagieren sie nicht auf den kurzen Tag, sondern auf die lange Nacht. Von den landwirtschaftlichen Nutzpflanzen zählen Soja, Reis, Zuckerrohr, Kaffee und Tabak zu den Kurztagspflanzen. Im Gartenbaubereich findet man außer Erdbeeren, Topinambur und den Chrysanthemen allerdings kaum Vertreter dieser Pflanzengruppe. Der Zuckermais bevorzugt den Kurztag zur Blüte. Das Musterbeispiel unter den Zierpflanzen ist der Weihnachtsstern.

 

Viele Pflanzen verhalten sich aber völlig "tagneutral" oder es wurden tagneutrale Sorten lichtabhängiger Arten gezüchtet. Mit der Tageslängenreaktion passt die Pflanze ihren Lebensrhythmus dem Witterungsverlauf in ihrem Herkunftsland an. In einem Klima mit regelmäßiger sommerlicher Dürrezeit zum Beispiel muss die Blüte bereits unter den frühsommerlichen Langtagsbedingungen eingeleitet werden, um die Samenbildung rechtzeitig vor der Trockenzeit abzuschließen. Die reifen Samen können dann mit der herbstlichen Feuchtperiode problemlos keimen. Kurztagspflanzen dagegen zeugen von einer Anpassung an herbstliche Trockenheit. Die Entwicklung der Pflanze erfolgt unter den feuchten Sommerbedingungen, während die Blüte und Samenbildung vor der Trockenperiode im Herbst zum Abschluss kommen.

 

Neben den genannten Auswirkungen gibt es noch eine Reihe weiterer, teilweise sehr komplizierter, auch noch nicht vollständig geklärter Lichteinflüsse auf Wachstum und Ertragsbildung von Pflanzen, auf die aber hier nicht eingegangen werden kann. (Quelle: Bayer-Kurier)

 

Prof. Dr. Hans Häckel, Weihenstephan

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