De inzichten in het effect van lichtkleuren op fotosynthese, vorm en ontwikkeling groeien gestaag. Je zou dan graag willen dat het om simpele relaties gaat, bijvoorbeeld ‘blauw licht opent huidmondjes’. Zo ligt het echter vaak niet. Effecten op korte en lange termijn zijn vaak verschillend en het gaat altijd om de mix van kleuren.
[wcm_nonmember]
Voor het bekijken van deze content heeft u een lidmaatschap nodig, of log in als u al een lidmaatschap heeft.
[/wcm_nonmember]
[wcm_restrict]
Er vindt internationaal heel veel onderzoek plaats op het gebied van lichtkleuren. Maar de resultaten van die proeven zijn zelden goed te vergelijken omdat de onderzoeksomstandigheden zo verschillend zijn. Bovendien is de vertaling van een labproef naar de kas vaak lastig. Zo bouwt zich een soort los zand aan kennis op zonder veel samenhang. Toch baseren ontwikkelaars nieuwe technieken op die gefragmenteerde kennis. Dat leidt er toe dat telers die zo’n techniek in een vroeg stadium oppakken, in feite praktijkonderzoek aan het doen zijn.
Deze situatie doet een appel op wetenschappers om orde in de chaos te scheppen, in de eerste plaats door een duidelijk verschil te maken tussen glastuinbouwonderzoek en onderzoek voor plant factories (gesloten teeltcellen). Voor de tuinbouwpraktijk is de boodschap dat alle simpele verbanden (bijvoorbeeld blauw licht stuurt de opening van huidmondjes) zijn omgeven met veel mitsen en maren. Navolgen van simpele schema’s kan leiden tot fouten.
Rood licht syndroom
Om meer orde in de chaos te scheppen is het belangrijk om op twee terreinen onderscheid te maken bij het effect van lichtkleuren. Het eerste terrein is het verschil tussen fotosynthese en fotomorfogenese (= de sturing van groei en ontwikkeling van planten door de lichtkleur). Het tweede is het inzicht dat elke kleur een korte termijn- en een lange termijneffect heeft.
Het beste voorbeeld van het laatste is het zogenoemde ‘rood licht syndroom’. Rood licht is de meeste efficiënte lichtkleur, maar als je komkommer of tomaat laat opgroeien onder louter rood licht, gaan ze dood. Dat komt doordat er dan iets misgaat in de ontwikkeling van nieuwe fotosynthese-reactiecentra. Een kortdurende rood-lichtbehandeling geeft aanvankelijk duidelijk een hogere fotosynthese. Na zes dagen treedt schade op, na acht dagen heel zware. De schadehersteltermijn is net zo lang en sommige effecten trekken niet meer bij: het gaat dan om de fotomorfologische effecten, bijvoorbeeld dat de planten korter blijven.
Blauw licht en huidmondjes
Nog een voorbeeld waarbij korte en lange termijn effecten samengaan. In de praktijk circuleert de opvatting dat je met blauw licht de opening van huidmondjes zou kunnen sturen. Het is inderdaad zo dat in een bepaald deel van de dag blauw licht een iets grotere opening van de huidmondjes stimuleert. Dat kan dus leiden tot meer fotosynthese omdat er dan meer CO2 binnenkomt, gesteld dat de weerstand van de huidmondjes op dat moment de beperkende factor is.
Maar er passen veel kanttekeningen bij. In de eerste plaats beïnvloeden ook andere kleuren de opening. In de tweede plaats beïnvloeden lichtkleuren op de langere termijn de hoeveelheid huidmondjes per bladoppervlak. Dan kan het best zo zijn dat je iets wint op de korte termijn en juist verliest op de lange (omdat er minder huidmondjes worden gevormd). Bovendien geeft een oud blad, dat een bepaald lichtsignaal ontvangt, dat soms door aan een jong blad, dat nog in ontwikkeling is.
Zo begin je met een simpel verband tussen blauw licht en huidmondjes, maar blijken er zoveel kanttekeningen te zijn, dat praktijktoepassing heel lastig wordt. Instructies in de vorm van ‘doe dit, dan gebeurt dat’ kloppen vaak niet.
Mix van lichtkleuren
Veel toepassingen met lichtkleuren (op het gebied van fotosynthese) zijn gebaseerd op de McCree-curve die het verband tussen lichtkleuren en fotosynthese aangeeft (figuur 1). Hier passen echter veel kanttekeningen bij.
Ten eerste heeft Keith McCree in de jaren zeventig alle kleuren apart getest op fotosynthetische activiteit; zo ontdekte hij welke kleuren samen het PAR-traject vormen. Maar in de praktijk is er altijd een mix van lichtkleuren. Als je twee kleuren mengt, kan het effect daarvan groter zijn dan het gemiddelde van de twee kleuren apart.
Verder spelen behalve bladgroen ook caroteen en anthocyaan (en hun verwanten) een rol. Carotenoïden vangen een deel van het licht in, dat dus niet ten goede komt aan het bladgroen. Ze dragen de energie daarvan deels over aan het bladgroen, maar dat is wel minder effectief dan wanneer het bladgroen zelf het licht absorbeert. Het caroteengehalte beïnvloedt dus de fotosynthese-efficiëntie.
Eye opener
Rode en paarse kleurstoffen in het blad, zoals anthocyaan en andere flavonoïden, kunnen nog een veel groter effect hebben. Ze absorberen ook lichtenergie maar dragen die niet over aan het bladgroen. Dat gebeurt met name bij blauw licht en UV-A. Dat kan wel 20% van het blauw bedragen. Gewassen met rode of paarse bladeren assimileren daarom altijd minder efficiënt.
Dat is de eerste kanttekening. De tweede is ernstiger: binnen het gewas verloopt het lichtspectrum (de kleurensamenstelling van het licht) heel snel (figuur 2). Al 25 centimeter onder de top is het spectrum totaal anders dan bij de top; dan overheerst het verrood. En het is bekend dat de verhouding rood/verrood erg bepalend is voor veel fysiologische processen. In de eerste halve meter vanaf de top vindt 80% van de fotosynthese plaats, maar juist in dit stuk is het verloop al erg groot. Dit soort figuren vormen een echte eye opener.
Er is ook goed te zien dat het groene licht goed wordt benut door het gewas (= geabsorbeerd) terwijl nogal eens de misvatting heerst dat groen niet zo belangrijk zou zijn.
Efficiëntie van het blad
Er is nauwelijks onderzoek gedaan naar wat deze zeer sterke variatie van het lichtspectrum binnen het gewas betekent voor de productie. Toch is dat geen onbelangrijke vraag. Als je namelijk tussenbelichting ophangt, verhoog je de rood/verrood verhouding sterk. Schaduwbladeren, die zijn aangepast aan een lage rood/verrood verhouding, komen dan opeens in heel andere omstandigheden terecht. Een schaduwblad heeft een lagere maximale fotosynthese-potentie en reageert anders op het lichtspectrum dan een zonneblad, met andere woorden: heeft een andere McCree-curve.
Waarschijnlijk onderschat je met de gewone McCree-curve de efficiëntie van zo’n blad. Voor de gewone productie maakt dat niet zoveel uit, maar wel als je ze opeens gaat belichten met tussenbelichting. Je biedt dan in feite het verkeerde spectrum aan. Weliswaar passen de schaduwbladeren zich daaraan aan, maar sommige kenmerken zijn al uitontwikkeld en kunnen dus niet meer aanpassen, zoals de bladdikte en de opbouw van de mesofylcellen.
Combinatie belangrijk
Bij jonge planten zijn fotomorfologische aspecten veel groter dan de fotosynthese (zie foto). De drie jonge komkommerplanten op de foto zijn opgegroeid in een klimaatcel onder SON-T licht, tl-buizen en een plasmalamp. De laatste heeft een lichtspectrum dat vrijwel overeen komt met dat van zonlicht. Alleen de plant onder (kunst)zonlicht groeit op een normale manier. Dat betekent dat hij in zijn jonge jaren snel een voorsprong neemt op de andere planten. Hij onderschept meer licht, groeit daardoor sneller, spreidt daardoor sneller blad uit en onderschept daardoor nog meer licht. Dit gaat door totdat al het licht wordt opgevangen door het gewas.
In dit jonge stadium is het lichtspectrum dus echt heel belangrijk. Dat betekent dat de plantenkweker goed zou moeten opletten welke combinatie van lichtkleuren hij aanbiedt om de bladexpansie te stimuleren (met behoud van stevigheid). Met name de verhouding rood/verrood is belangrijk. Meer verrood (zoals de omstandigheden in de schaduw) is de trigger om groter blad te maken en de hoogte in te gaan. Wanneer de plantenkweker als assimilatielicht SON-T lampen gebruikt (die een grote rode lichtcomponent hebben), is het ondoenlijk om er genoeg verrood bij te hangen om zulke effecten te bereiken. Maar als hij overgaat op LED’s, zijn er keuzes mogelijk.
Nieuw tijdperk
Met de opkomst van LED’s is de tuinbouw een nieuw tijdperk binnengegaan. De keuze van het lichtspectrum geeft heel nieuwe mogelijkheden, maar eigenlijk zijn we nog in het stadium dat het vooral heel veel vragen oproept. Voor elke teler is het besef belangrijk dat lichtkleuren ertoe doen. Dat ze een signaal vormen voor de plant om zich op een bepaalde manier te ontwikkelen.
Op grond van de huidige wetenschappelijke inzichten is het goed mogelijk te komen tot relatief simpele applicaties, zoals het verhogen van de fotosynthese door meer licht en daarbij de goede kleurenmix te kiezen. Meer complexe toepassingen, zoals daadwerkelijke sturing met lichtkleuren, is ingewikkelder. Er kunnen zich duidelijke, onverwachte effecten voordoen.
Samenvatting
De kennis over de invloed van lichtkleuren is gefragmenteerd. Het is belangrijk om onderscheid te maken tussen de effecten op fotosynthese en fotomorfogenese. Ook kunnen zich op de korte en de lange termijn heel verschillende effecten voordoen. De McCree-curve behoeft nuancering. Binnen het gewas verloopt het spectrum sterk. Dat is iets om rekening mee te houden bij tussenbelichting. Bij de plantenkweker is het zaak goed te letten op het spectrum van de belichting.
Tekst: Wim van Ieperen, Ep Heuvelink (Wageningen University & Research) en Tijs Kierkels. Grafieken/foto’s: Wageningen University & Research en Wilma Slegers.[/edd_restrict]
[/wcm_restrict]