Czy rośliny wykorzystują zielone światło do fotosyntezy?

Pomysł, że rośliny „nie widzą” zielonego światła, ma pozornie logiczne podstawy. Postrzegamy je jako zielone, więc łatwo założyć, że odbijają zielone światło i go nie wykorzystują. Jednak fizjologia roślin jest znacznie bardziej złożona. Współczesne badania jasno pokazują, że zielona część widma nie jest bezużyteczna; działa w roślinach inaczej niż niebieskie i czerwone światło.

Zielone światło i PAR

Rośliny absorbują światło dzięki trzem głównym typom barwników. Każdy typ jest wrażliwszy na różne długości fal. Najlepiej znane są chlorofile, które mają piki absorpcji w niebieskim (~430-470 nm) i czerwonym (~640-680 nm) zakresie widma. Oznacza to, że światło o tych długościach fal najsilniej wpływa na fotosyntezę. Jednak wiemy, że inne części fotosyntetycznie czynnego promieniowania (PAR), definiowanego jako 400-700 nm, również przyczyniają się do fotosyntezy.

Zielony zakres widma (ok. 500-570 nm) ma niższą absorpcję niż niebieski i czerwony, ale nadal jest pełnoprawnym elementem PAR, jak ustalił Keith J. McCree w pracy z 1972 r. Mimo to przez długi czas uważano, że zielone światło ma niewielki lub żaden istotny wpływ na fotosyntezę konopi.

Uprawa pod sztucznym oświetleniem jest energochłonna, dlatego producenci oświetlenia ogrodniczego (czy to lamp HID, czy systemy LED) dążyli do tworzenia opraw maksymalizujących efektywność fotosyntezy. Powstały typowe panele LED „blurple” o fioletowej poświacie, łączące niebieskie i czerwone fale zgodne z pikami absorpcji chlorofilu. Twierdzenie, że zielone światło jest zbędne, bo rośliny go nie wykorzystują, długo traktowano jako fakt. Okazuje się jednak, że to nie do końca prawda.

Nie ignoruj zielonego światła 

W 2017 r. David S. Smith i współpracownicy opublikowali w Journal of Experimental Botany artykuł przeglądowy „Don’t Ignore the Green Light”, który znacząco przyczynił się do ponownej oceny roli zielonego światła w fotosyntezie. Autorzy podsumowują dane eksperymentalne z fizjologii liści, pomiarów optycznych i badań baldachimów, pokazując, że zielone światło nie jest fotosyntetycznie nieistotne, jak często wnoszono tylko z widma absorpcji chlorofilu.

Przedstawiają dowody, że choć zielone światło jest słabiej absorbowane przez chlorofil na powierzchni liścia, znacząca jego część przenika głębiej do mezofilu i efektywnie napędza fotosyntezę w dolnych warstwach liścia oraz w niższych partiach baldachimu. Badanie podkreśla różnicę między widmem absorpcji chlorofilu a rzeczywistą efektywnością fotosyntetyczną w prawdziwej tkance liściowej i gęstych baldachimach roślinnych. Dowodzi, że zielone światło wnosi więcej do całkowitej asymilacji węgla, niż zakładano na podstawie uproszczonych pomiarów laboratoryjnych. Artykuł pomógł zmienić perspektywę z krzywych absorpcji chlorofilu na bardziej realistyczne zrozumienie rozkładu światła w liściach i gęstych uprawach.

Te ustalenia wyjaśniają, dlaczego rośliny odbijają część zielonego światła, a jednocześnie je wykorzystują. Fotonów niebieskich i czerwonych silnie pochłaniają górne warstwy mezofilu, podczas gdy zielone są absorbowane słabiej, a większy ich udział dociera głębiej. Tam, gdzie niebieskie i czerwone światła jest znacznie mniej. Dzięki temu aktywują one chloroplasty w dolnych warstwach liścia. Jednocześnie część zielonego światła jest odbijana i przepuszczana przez liść, co razem sprawia, że widzimy liście jako zielone. Liść zazwyczaj pochłania ok. 70-85% zielonego światła, reszta jest odbijana lub przepuszczana.

Zielone światło w gęstym baldachimie

W uprawie pod sztucznym oświetleniem często pracujemy z gęstymi baldachimami roślin. W takich warunkach górne liście silnie pochłaniają głównie niebieskie i czerwone światło. Dolne warstwy otrzymują więcej rozproszonego promieniowania, relatywnie wyższy udział fotonów zielonej długości fali oraz zwiększony udział daleko-czerwonego światła. Zielone światło wspiera fotosyntezę dzięki lepszej penetracji przez liść, a daleko-czerwone działa jako silny czynnik sygnalizacyjny przez system fitochromów, wpływając na morfologię i rozwój rośliny w warunkach zacienienia.

Nowsze badania pokazują, że przy wysokich natężeniach światła (wysoki PPFD) efektywność fotosyntetyczna zielonego światła może być zaskakująco zbliżona do czerwonego, właśnie dzięki równomierniejszemu rozkładowi energii w tkankach liścia. Metaanaliza z 2024 r. w Journal of Experimental Botany potwierdza, że w pewnych warunkach zielone światło poprawia efektywność fotosyntezy, kształtuje morfologię rośliny i zwiększa efektywność wykorzystania wody. To zdecydowanie nie potwierdza twierdzenia, że rośliny nie wykorzystują zielonego światła.

Czy powinniśmy zacząć uprawiać pod zielonym światłem?

Na podstawie przedstawionych dotąd informacji można by wnioskować, że wystarczy zacząć uprawiać rośliny wyłącznie pod zielonym światłem. Nic bardziej błędnego. Zielone światło ma niższą wydajność kwantową niż czerwone. Gdyby dominowało w widmie, ogólna efektywność fotosyntezy znacznie by spadła. Niemniej rola i skuteczność zielonego spektrum potwierdza słuszność trendu ku oświetleniu o pełnym spektrum.

Błędem byłoby ignorować zieloną składową, bo jej wpływ na rośliny nie jest pomijalny. W przeciwieństwie do daleko-czerwonego światła, które jasno sygnalizuje roślinie zacienienie i pobudza wydłużanie, zielone działa subtelniej. Nie jest silnym sygnałem wzrostu, lecz drobną korektą reakcji na inne części widma. Badania sugerują, że zielone światło częściowo niweluje efekt niebieskiego, które inaczej sprzyja kompaktowemu wzrostowi. Efektem jest bardziej naturalny pokrój rośliny i zrównoważony rozwój liści. Zielone światło penetruje głębiej do liści i niższych partii baldachimu, aktywując części rośliny, które inaczej dostałyby mniej energii.

Naturalnym źródłem światła dla roślin jest oczywiście Słońce. Rośliny dostosowały się do jego widma od co najmniej setek milionów lat. A rozkład spektralny słońca jest bezsprzecznie pełnospektralny. Logicznie celem sztucznego oświetlenia uprawowego powinno być jak najwierniejsze naśladowanie słońca. Trzeba jednak uwzględnić zużycie energii. Rozszerzenie widma o nowe długości fal przy zachowaniu intensywności istniejących pasm wymaga zwiększenia całkowitej mocy światła, co zwykle oznacza wyższe zużycie prądu.

Zadaniem badaczy i producentów oświetlenia w dalszym doskonaleniu efektywności pod kątem fotosyntezy i morfologii roślin jest dalsze badanie mniej poznanych długości fal oraz głębsze zrozumienie, jak rośliny je przetwarzają i reagują. Dzięki szybkiemu postępowi technologii LED naukowcy mają potężne narzędzie do odkrywania nowych wniosków. Jedno jest już dziś jasne: zielona składowa światła niepodważalnie odgrywa rolę w fotosyntezie i innych procesach w liściu.

Przeczytaj na Soft Secrets także o:

Odległość między oświetleniem a roślinami

Twoja własna roślina matka i klony

Czy oświetlenie dolne i międzyrzędowe poprawia plony konopi?