Cannabis Und Photosynthese

Luke Sumpter

Cannabisjournalist und Gesundheitswissenschaftler

Luke Sumpter

Letztes Update: Mai 29, 2020

Cannabispflanzen sind für ein ordentliches Wachstum auf zahlreiche externe Ressourcen angewiesen. Sie benötigen Nährstoffe, um Proteine herzustellen, Zellwände aufzubauen und biochemische Prozesse zu erleichtern. Sie benötigen Wasser, um diese Moleküle auflösen und transportieren zu können. All diese Faktoren tragen zu einem gesunden Wachstum und der Entwicklung der Pflanze bei. Doch den Hauptantriebsfaktor für das Wachstum kann man nicht in Flaschen kaufen oder aus dem Komposthaufen ausgraben. Stattdessen wird er von der Sonne (oder einer leistungsstarken Lampe) geliefert. Schauen wir uns diesen essentiellen Vorgang einmal ganz genau an.

WAS IST PHOTOSYNTHESE?

Die Bedeutung der Photosynthese steckt in dem Begriff selbst. "Photo" bedeutet Licht und "Synthese" bezieht sich auf die Schaffung einer organischen Verbindung. Tatsächlich verwandeln die Pflanzen Licht in biochemische Energie, um zu überleben. Doch wie erreichen sie das? Nun, dafür sind sie mit einer beeindruckenden biologischen Maschinerie ausgestattet. Um diesen Prozess richtig zu verstehen, unternehmen wir eine Reise auf die zelluläre Ebene.

Die Photosynthese findet vor allem in den Blättern statt. Genauer gesagt läuft sie in spezialisierten Zellen ab, die als Mesophyllzellen bekannt sind. Diese Zellen bilden direkt unter der Blattoberfläche eine Schicht, mit der sie das Licht einfangen. Sie enthalten kleine, Chloroplasten genannte Organellen, die reich an dem Pigment Chlorophyll sind – der Chemikalie, die den Pflanzen ihr grünes Aussehen verleiht. Als Pigment hat das Chlorophyll die Fähigkeit, Licht zu absorbieren. Die Pflanzen lagern das Molekül in säulenartigen Strukturen, die man Thylakoide nennt. Der Raum zwischen diesen Strukturen wird als Stroma bezeichnet.

Die Photosynthese erfolgt in zwei Hauptphasen: Den lichtabhängigen Reaktionen und den lichtunabhängigen Reaktionen. Im ersten Schritt der lichtabhängigen Reaktionen treten Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) in das Blatt ein. CO₂ tritt durch kleine, Stomata bezeichnete Öffnungen ein, und die Transpiration zieht Wasser durch die Xylem genannten Tunnel nach oben.

Anschließend schlagen die von der Sonne (oder Deiner Anbaulampe) erzeugten Photonen in die Chlorophyllmoleküle ein. Die Elektronen absorbieren die Energie und werden "angeregt". Es kommt dann zu einer Reihe von lichtabhängigen Reaktionen, die letztendlich zur Speicherung von Energie in Form von ATP (der zellulären Energiewährung) und NADPH (einem Elektronenträger) führen. All diese Vorgänge finden in der Thylakoidmembran statt.

Diese Moleküle werden dann im sogenannten Calvin-Zyklus (auch als lichtabhängige Reaktion bezeichnet) verwendet, der in den Stomata stattfindet. Sie werden zum "Richten" des Kohlendioxids und zur Herstellung von Drei-Kohlenstoff-Zuckermolekülen verwendet. Diese werden dann zu unserer süßen, zuckerhaltigen Freundin Glukose vereint. Dieses einfache Molekül wird von Pflanzen zur Energiegewinnung und zur Bildung von größeren strukturellen Kohlenhydratmolekülen verwendet.

LICHTQUALITÄT: WATT, LUMEN, PAR UND PPFD

Damit haben wir also angeschnitten, warum die Pflanzen Licht benötigen, um die Photosynthese zu betreiben. Doch sind manche Lichtquellen besser als andere? Die Antwort darauf lautet ja. In den meisten Regionen der Welt sind die von der Sonne ausgestrahlten Photonen mehr als genug, um die Photosynthese zu betreiben. Wer jedoch in Innenräumen anbaut, wird ein Lampen-Equipment benötigen, das ausreichend Energie liefert, um die Pflanzen gedeihen zu lassen.

Auf dem Markt sind viele verschiedene Arten von Indoor-Anbaulampen erhältlich, darunter LEDs, Gasentladungslampen und Leuchtstoffröhren, um nur einige Beispiele zu nennen. Jede dieser Arten bringt ihre eigenen Vor- und Nachteile mit sich, doch alles in allem ist die Lichtqualität der entscheidendste Faktor.

Watt

Wenn Du auf der Suche nach Lampen bist, musst Du auf die Watt-Angabe achten, die die elektrische Leistung angibt. Wenn die Watt-Zahl zu gering ist, wird die Lichtquelle nicht genügend Licht für ein optimales Pflanzenwachstum ausstrahlen. Lampen, die es auf eine Leistung von ungefähr 400–600 W/m² bringen, sind ausreichend, um zu Hause eine zufriedenstellende Ernte zu sichern. Lampen mit mehr als 1000 W pro Quadratmeter treiben die Blütenproduktion an ihre Grenzen.

Lumen

Die Lichtqualität kann von Growern anhand mehrer Messungen ermittelt werden. Zuallererst kann mit Hilfe eines Lux-Meters analysiert werden, wie viel Licht ein bestimmter Bereich der Anbaufläche genau abbekommt. Lux ist eine auf die Fläche bezogene Maßzahl der Beleuchtungsstärke, also deren Intensität in Lumen im Verhältnis zu der Fläche, die beleuchtet werden soll. Lux-Meter messen den Bereich des Lichts, der vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann und damit können sie kein spezifisches Messergebnis für die für Pflanzen verfügbare Lichtleistung bieten. Doch sie sind völlig ausreichend, damit sich der Selbstversorger zu Hause ein Bild davon machen kann, wie viel Licht sein Beet erhält. Du solltest darauf abzielen, Deinen Pflanzen in der Wachstumsphase etwa 40.000 und in der Blütephase etwa 60.000 Lux zu bieten.

PAR und PPFD

Lux klingt nützlich, doch was, wenn Du die genaue Anbauleistung einer bestimmten Lampe kennen möchtest? Hier kommt der PAR-Wert (englisch für "photosynthetically available radiation", also die für die photosynthese nutzbare Strahlung) ins Spiel. PAR ist das Licht im Spektralbereich von 400–700nm, das von den Pflanzen zur Durchführung der Photosynthese genutzt werden kann. Die Einheit für die Messung von PAR ist Mikromol pro Sekunde (μ/mol/s) und sie verrät Growern, wie viele Photonen dieses Farbspektrums pro Sekunde auf die Blätter ihrer Pflanze treffen. Das wiederum nennt man PPFD (die photosynthetische Photonenflussdichte).

Der PAR kann mithilfe eines PAR-Meters bestimmt werden. Diese Geräte verwenden Sensoren, um das Licht im Bereich von 400–700nm zu erkennen. Der durchschnittliche PPFD kann bestimmt werden, indem in verschiedenen Bereichen des Blätterdachs Messungen auf derselben Höhe vorgenommen werden. Du solltest in der Wachstumsphase etwa 350μ/mol/s und in der Blütephase rund 850μ/mol/s anpeilen.

Auch Lampenhersteller sollten diese Information bieten können. Für echte PPFD-Daten solltest Du darauf achten, dass Dich der Hersteller mit der Distanz zwischen Blätterdach und Lichtquelle, mehreren Maßangaben, dem Durchschnitt und dem Minimum-zu-Maximum-Verhältnis versorgt.

OPTIMALE PHOTOSYNTHESE-BEDINGUNGEN

Die Lichtintensität ist nicht der einzige Umstand, der die Photosynthese antreiben kann. In der Forschung zeigte sich, dass auch die Temperatur und Kohlenstoffdioxid den Prozess verstärken können.

Die Photosynthese hängt zur Ausführung biochemischer Reaktionen von zahlreichen Enzymen ab. Diese Proteine können bei kalten Temperaturen von 0–10°C nicht effizient arbeiten, was die Photosynthese-Rate vermindert und letztlich zu einem verminderten Wachstum führt. Doch ebenso behindern auch hohe Temperaturen von über 20°C diese entscheidenden Enzyme. In einem Temperaturbereich von 10–20°C bieten sie die beste Leistung.

Interessanterweise ermöglicht es CO₂ Cannabispflanzen, auch in etwas wärmeren Temperaturen zu gedeihen. In Verbindung mit starken Lampen kann also ein gesteigerter Gehalt des Gases helfen, die Photosynthese anzutreiben. Je mehr Licht ein Blatt ausgesetzt ist, desto mehr Kohlenstoff wird benötigt, um die Energie in Zucker umzuwandeln. Wenn Du also 600W Lampen auf einer relativ kleinen Fläche betreibst, hast Du genug Leistung, um eine Steigerung des CO₂-Niveaus zu rechtfertigen. Mit CO₂-Tanks können Grower den CO₂-Gehalt in den optimalen Bereich von 1,500–2,000ppm heben. Eine einfachere Lösung ist es jedoch, auflösbare Tabletten in die Erde zu geben.

WIE DIE PHOTOSYNTHESE-RATE WOMÖGLICH DEN CANNABINOID-GEHALT BEEINFLUSST

Es würde Sinn machen, dass eine höhere Photosynthese-Rate den Pflanzen ermöglicht, mehr Energie zu erzeugen und den Cannabinoid-Gehalt zu erhöhen. Es gibt allerdings kaum Untersuchungen zu dem Thema und es scheinen viele Nuancen involviert zu sein. Zum Beispiel ergab eine Studie, dass verschiedene Ökotypen von Cannabis in wärmerem Klima eine gesteigerte Photosynthese-Rate zeigten, doch der Anbau in kühleren Temperaturen sorgte für eine Steigerung des Cannabinoid-Gehalts. Weitere Studien sind nötig, um hier ein klares Bild zu zeichnen.

Man weiß zudem, dass Pflanzen ein schwankendes Cannabinoid-Profil entwickeln, wenn sie unter verschiedenen Lampenarten derselben Lichtintensität stehen. Eine Studie zeigte, dass Gasentladungslampen (MH, NDL, CDM) nach Trockengewicht mehr Blüten hervorbrachten, während LEDs für einen höheren Gehalt der Cannabinoide CBG, THC und CBD sorgten.

GIBT ES UNTERSCHIEDE ZWISCHEN PHOTOPERIODISCHEN UND AUTOFLOWERING SORTEN, WAS DIE PHOTOSYNTHESE ANBELANGT?

Photoperiodische und autoflowering Sorten reagieren unterschiedlich auf Licht. Beide Arten betreiben die Photosynthese auf dieselbe Weise, doch photoperiodische Sorten benötigen einen Wechsel des Lichtzyklus, um mit der Blüte zu beginnen. In der Wachstumsphase halten Grower photoperiodische Pflanzen normalerweise bei einem Beleuchtungsplan von 18 Stunden Licht und 6 Stunden Dunkelheit. Ein Wechsel zu 12 Stunden Licht und 12 Stunden Dunkelheit zwingt sie dann dazu, in die Blütephase zu wechseln. Wenn sie mehr Licht abbekommen, bleiben sie endlos in der Wachstumsphase.

Im Gegensatz dazu blühen autoflowering Sorten unabhängig von Umgebungsreizen. Sie halten es sogar aus, wenn sie ihr gesamtes Leben einem Lichtzyklus von 24 Stunden ausgesetzt sind, und produzieren dennoch Blüten. Das bedeutet, dass autoflowering Sorten in der Blütephase mehr Gelegenheit dazu haben, Photosynthese zu betreiben. Doch auch sie benötigen zum Atmen eine Phase der Dunkelheit. Der optimale Plan für autoflowering Sorten in Innenräumen liegt daher über den gesamten Anbauzyklus bei 20 Stunden Licht und 4 Stunden Dunkelheit.