Kurzdefinition
Die Lichtreaktion wandelt Lichtenergie in der Thylakoidmembran in ATP und NADPH um. Diese Energieäquivalente treiben den Calvin-Zyklus und — über G3P/Acetyl-CoA — die Cannabinoid- und Terpenbiosynthese.
Wissenschaftliche Beschreibung
Z-Schema: Linearer Elektronentransport
H2O → OEC (Mn4CaO5) → P680 → Pheo → QA → QB → PQ
↓
Cyt b6f (Q-Zyklus)
↓
Plastocyanin
↓
P700 → A0/A1/FeS → Ferredoxin → FNR → NADPH
+ O2 (Byprodukt)
Redoxpotenziale und Absorptionsmaxima
| Komponente | E0' (V) | Absorption (nm) |
|---|---|---|
| P680/P680+ | +1.2 | 680 |
| Pheophytin | −0.5 | — |
| QA | −0.08 | — |
| Plastocyanin (Cu) | +0.37 | — |
| P700/P700+ | +0.5 | 700 |
| P700*/P700+ | −1.3 | — |
| Ferredoxin | −0.43 | — |
| NADP+/NADPH | −0.32 | — |
| Chl a (Qy) | — | 662 |
| Chl b (Qy) | — | 642 |
ATP-NADPH-Bilanz
| Komponente | Pro 2 e- |
|---|---|
| H+ ins Lumen (Wasserspaltung) | 2 |
| H+ ins Lumen (Q-Zyklus Cyt b6f) | 4 |
| ATP gebildet (linearer ET, 14 c-Ring) | ~1.28 / e- → 2.57 / 2 NADPH |
| Calvin-Zyklus-Bedarf | 3 ATP / 2 NADPH |
| Defizit → zyklischer ET (CET) nötig | 0.43 ATP |
Thylakoid-Membranarchitektur
| Domäne | Dominantes PS | Funktion |
|---|---|---|
| Grana-Stapel | PSII + LHCII | Lichtabsorption, Wasserspaltung |
| Stroma-Lamellen | PSI + LHCI, ATP-Synthase | Linearer + zyklischer ET, ATP-Synthese |
STN7-Kinase phosphoryliert LHCII → Migration von Grana zu Stroma = State Transition (Balance PSII/PSI).
Cannabis-spezifisch
Fv/Fm–THC-Korrelation (Khajuria 2020): Höhere THC-Accessionen zeigen signifikant niedrigere Fv/Fm → Konflikt zwischen photochemischer Effizienz und Cannabinoidproduktion; Zuchtprogramme sollten beide Traits nicht unabhängig maximieren.
PPFD-Sättigung: Netto-Photosyntheseraten in hoch-THC-Sorten maximieren bei ~600 μmol/m²/s; darüber erhöht sich NPQ ohne Ertragssteigerung.
Anbau-Relevanz
| Lichtquelle | Effizienz | Konsequenz |
|---|---|---|
| Moderne LED | 2.5–3.0 μmol/J | +40–60 % Photonen bei gleicher Wattzahl vs. HPS |
| HPS | 1.8–2.1 μmol/J | Referenz |
| Monochromatisch Rot | suboptimal | Weisslicht → höhere gs, höhere Photosyntheserate |
Spektrum-Empfehlung: Chlorophyll-Absorptionsmaxima (430/662 nm = Blau/Rot) + Grün/Fernrot für stomatale Steuerung und Canopy-Penetration.