Photoinhibition PSII
Kurzdefinition
Photoinhibition entsteht wenn überschüssiger Photonenfluss P680 in den Triplettzustand treibt → Singulett-Sauerstoff (¹O₂) → D1-Protein-Schäden → PSII-Inaktivierung. Deg/FtsH-Proteasen vermitteln die D1-Reparatur. Fv/Fm <0,75 zeigt signifikante Photoinhibition an; Cannabis-Lichtsättigungspunkt liegt bei 1500–2000 µmol/m²/s.
Wissenschaftliche Beschreibung
Schadensmechanismus: ¹O₂-Erzeugung
Bei Überschusslicht: P680 → Triplett-Zustand (³Chl) via Energie-Transfer. ³Chl + ³O₂ → ¹O₂ + Chl. Mattila 2022 (PMC10092662): ¹O₂ entsteht durch OEC-Fehler im S2/S3-Zyklus → Ladungsrekombination ermöglicht P680-Triplett.
D1-Reparaturzyklus
- Partielle PSII-Demontage an Grana-Rändern
- Deg-Proteasen (Deg1/5/8: Lumen; Deg7: Stroma) → initiale D1-Endoproteolyse
- FtsH-Metalloproteasen (FtsH1/2/5/8 in Arabidopsis; ATP-abhängig, Membran-verankert) → prozessiver Abbau der D1-Fragmente
- TEF6/APE1 (GreenCut-Gerüstprotein) → hält FtsH-Komplex; TEF6-Verlust → unkontrollierte FtsH-Akkumulation → übermäßiger D1-Abbau
- Neue D1-Synthese (auf 70S-Chloroplasten-Ribosomen) → Reassemblierung
Fv/Fm als Photoinhibitions-Maß
| Fv/Fm | Bedeutung |
|---|---|
| 0,80–0,83 | Optimal (keine Photoinhibition) |
| 0,75–0,80 | Leichte Photoinhibition |
| <0,75 | Signifikante Photoinhibition |
| <0,65 | Schwere/chronische Photoinhibition |
Cannabis (Gajdosik 2022): phi_P0 ↓ + PI_total ↓ unter 24/0h Dauerlicht; TBARS (Lipidperoxidation) ↑.
Cannabis Lichtsättigungspunkt
Cannabis-Lichtsättigung: ~1500–2000 µmol/m²/s PPFD. Über diesem Schwellenwert ohne ausreichende NPQ/Antioxidanz-Kapazität → Photoinhibition beschleunigt. Indoor-Cannabis-Anbau mit >1000 µmol/m²/s erhöht Photoinhibitionsrisiko bei unzureichender Kühlung/CO₂-Supplementierung.
Anbau-Relevanz
- Fv/Fm-Monitoring: <0,75 = Lichtintensität oder Temperaturen anpassen; Fluorimeter für routinemäßige Kontrolle empfehlenswert
- Dauerbeleuchtung 24/0h: Verstärkt Photoinhibition und Lipidperoxidation; 18/6h oder 20/4h = Kompromiss
- Kombinierter Stress: Hochlicht + Hitze + niedrige CO₂ = maximales Photoinhibitionsrisiko; CO₂-Supplementierung reduziert Photorespiration und Photoinhibition
Verwandte Begriffe
- npq-energieabgabe — NPQ als Primärschutz vor PSII-Überlastung
- photooxidativer-stress — ¹O₂ und O₂⁻ als Photoinhibitionsfolgen
Quellen
- PMC10092662 — ¹O₂ durch OEC-Fehler (Mattila 2022)
- PMC9456486 — Photoperiode und PSII in Cannabis (Gajdosik 2022)
- PMC13084086 — TEF6 und D1-Reparatur (Yi 2026)
Quellen
- https://doi.org/10.3390/agronomy12071492
- Danziger N & Bernstein N (2022): Abiotic factors and phytocannabinoid production in cannabis. Agronomy 12(7):1492. doi:10.3390/agronomy12071492