Lichtsättigungskurve Cannabis (A/Q-Kurve)
Kurzdefinition
Die A/Q-Kurve (Netto-Assimilation A vs. Quantenflussdichte PPFD Q) beschreibt die nichtlineare Beziehung zwischen PPFD und Netto-Photosyntheserate in Cannabis sativa: unterhalb des Lichtkompensationspunktes (LCP, ~20–50 µmol m⁻² s⁻¹) überwiegt Respiration, linear steigt A bis zum Lichtsättigungspunkt (LSP, ~800–1100 µmol m⁻² s⁻¹), ab dem weiteres PPFD keinen Assimilationszuwachs bringt.
Wissenschaftliche Beschreibung
Kurvenabschnitte und Schlüsselparameter:
| Parameter | Cannabis-Wert | Bedeutung |
|---|---|---|
| LCP | 20–50 µmol m⁻² s⁻¹ | PPFD wo A_netto = 0 (Brutto-A = R_d) |
| Quantenausbeute (φ) | 0.06–0.08 mol CO₂ / mol Photonen | Initial-Slope der A/Q-Kurve |
| A_max | 25–40 µmol CO₂ m⁻² s⁻¹ | Maximale Netto-Assimilation |
| LSP | 800–1100 µmol m⁻² s⁻¹ | Sättigungs-PPFD (≥95 % A_max) |
| R_d | 1–3 µmol CO₂ m⁻² s⁻¹ | Dunkel-Atmungsrate |
Chandra et al. (2008, PMID: 3550578) maßen bei optimaler Temperatur (25–30°C) und 1000 ppm CO₂ LSP-Werte um 1500 µmol m⁻² s⁻¹; unter Umgebungs-CO₂ (400 ppm) liegt der LSP für drug-type-Cannabis bei ca. 800–1100 µmol m⁻² s⁻¹. Rodriguez-Morrison et al. (2021) bestätigten A_max-Werte von ~30–35 µmol m⁻² s⁻¹ bei 26,7°C und PPFD > 1000 µmol m⁻² s⁻¹.
Drei limitierende Phasen (Farquhar-von Caemmerer-Berry-Modell):
- Rubisco-limitierte Phase (niedriges PPFD): Elektronentransportrate ist im Überschuss; RuBisCO-Carboxylase-Kapazität (V_cmax) limitiert → linearer Anstieg mit φ ≈ 0,07
- Elektronentransport-limitierte Phase (mittleres PPFD): RuBP-Regeneration limitiert (J_max); Kurve flacht ab, Lichtsättigungsanzeichen
- TPU-limitierte Phase (sehr hohes PPFD): Triose-Phosphat-Export aus Chloroplasten limitiert; A_max-Plateau; bei extremem Licht Photorespiration + PSII-Photoinhibition
CO₂-Abhängigkeit der Kurve: Erhöhtes CO₂ (z.B. 1000–1500 ppm Enrichment) verschiebt den LSP nach oben (auf ~1200–1500 µmol m⁻² s⁻¹) und erhöht A_max um 20–40 %, weil höheres CO₂ die Rubisco-Oxygenase-Reaktion (Photorespiration) hemmt und damit die effektive Carboxylierungskapazität steigt. Dies ist die physiologische Grundlage für die CO₂-PPFD-Kopplung beim Enrichment.
Photoinhibition (PPFD > LSP): Dauerhaftes PPFD oberhalb des LSP führt zur Überlastung des Elektronentransport-Systems: Überschuss-Anregungsenergie wird auf O₂ übertragen (¹O₂, ·O₂⁻ = reaktive Sauerstoffspezies) → Schädigung des D1-Proteins im PSII (PSII-Photoinhibition) → D1-Abbau und Neusynthese als Schutz-/Reparatur-Mechanismus (PhotoInhibition ≠ Photodamage wenn Reparatur ausreicht). Bei Cannabis praktisch relevant: PPFD > 1500 µmol m⁻² s⁻¹ ohne CO₂-Enrichment kann chronische Photoinhibition auslösen, erkennbar an blassen/gelblichen Blattbereichen.
Etiolierung (PPFD < LCP): Unter LCP (insbesondere bei Dauerbeschattung < 20 µmol m⁻² s⁻¹): A_netto negativ → Kohlenstoff-Defizit → Auflösung von Chlorophyll + Protein → Etiolierung (Gelbfärbung, dünne Stiele, verlängerte Internodien, Blattaufrollung).
Biologische Auswirkungen
- LCP bestimmt das Minimum für wirtschaftliches Wachstum: PPFD < LCP in Teilen des Kronendachs = beschattete Unterblätter sind Netto-CO₂-Produzenten → Entlauben der unteren 1/3 ist rational
- LSP begrenzt den Nutzen von mehr Licht ohne CO₂-Ergänzung: Investition in 1200 µmol m⁻² s⁻¹ statt 800 µmol m⁻² s⁻¹ bringt nur ~10–15 % mehr A_netto ohne CO₂-Enrichment
- φ (Quantenausbeute) bestimmt Lichtnutzungseffizienz bei niedrigen PPFD-Werten (wichtig für Supplementlicht-Effizienz bei schwachem Grundlicht)
Anbau-Relevanz
- LSP als Invest-Grenze: Ohne CO₂-Enrichment sind PPFD > 1100 µmol m⁻² s⁻¹ in Blüte oft nicht rentabel; mit CO₂-Enrichment (1000–1500 ppm) + Temperatur +2°C lohnt sich PPFD bis ~1400 µmol m⁻² s⁻¹
- Entlauben nach LSP-Logik: Blätter, die dauerhaft unter LCP bleiben (< 30–50 µmol m⁻² s⁻¹), sind metabolische Verbraucher; Lollipopping / Entlauben der Unterzone ist physiologisch begründet
- DLI-Berechnung mit A/Q-Kurve: Nicht jede PPFD-Stunde trägt gleich viel zum Ertrag — frühe Morgenstunden mit niedrigem Licht (< LCP) in Gewächshäusern sind "blank" für Assimilation
- Kultivar-Variation: Indica-dominante Sorten zeigen tendenziell niedrigere LSP (~700–900 µmol m⁻² s⁻¹) als Sativa-dominante (~900–1200 µmol m⁻² s⁻¹); genaue Zahlen kultivarspezifisch
Verwandte Begriffe
- par-ppfd-dli — PPFD-Definitionen und DLI-Berechnung
- ppfd-zielwerte-wachstumsphasen — Praxiswerte für Veg/Blüte
- co2-photosynthese — CO₂-Verschiebung des LSP
Quellen
- Chandra S et al. (2008) Photosynthetica 46:577–587. PMID: 3550578. DOI: 10.1007/s11099-008-0087-x
- Chandra S et al. (2015) J Appl Res Med Aromat Plants 4:220–225. DOI: 10.1016/j.jarmap.2015.10.001
- Rodriguez-Morrison V et al. (2021) Front Plant Sci 12:646020. DOI: 10.3389/fpls.2021.646020
- Farquhar GD et al. (1980) Planta 149:78–90. DOI: 10.1007/BF00386231