Nahrungsergänzungsmittel bestimmen

mit der Stimm-Frequenz-Analyse

Photosysthese

In welcher Beziehung stehen die Pflanzenfarbstoffe und unser Sonnenlicht zueinander – Photosynthese? – Welche Konsequenz entsteht daraus  für die Pflanze und bei Einnahme der Farbstoffe auch für unseren Körper?

Die Sonne ist die wichtigste Energiequelle für den Aufbau der Biomasse und der Lebensprozesse in unserem Universum. Die Energie der Sonne wird in Form von elektromagnetischer Strahlung in den Weltraum abgegeben und trifft in verschiedenen Wellenlängen auf der Erde auf. Das menschliche Auge kann in der Regel Licht im Wellenlängenbereich von 380-780 Nanometer (nm) wahrnehmen – sichtbares Licht. Wie das menschliche Auge eine Lichtwahrnehmung und Empfindlichkeit hat, so haben auch die Pflanzen ihre spezielle Empfindlichkeitskurve für die Photosynthese. Pflanzen absorbieren den Teil des Lichts im Wellenlängenbereich von 400-700 nm. Die Photosynthese aktivierende Strahlung wird abgekürzt als PAR (photosynthetically active radiation) bezeichnet.
Das Pflanzenwachstum wird durch drei lichtbedürftige Prozesse gesteuert:


    • Photosynthese (Stoffwechsel),
    • Photomorphogenese (Formentwicklung),
    • Photoperiodismus (Tageslängenreaktion).

Blatt

Photosynthese
Der wichtigste dieser Prozesse ist die Photosynthese: die Grundlage für das Pflanzenwachstum und die Entwicklung. Einfacher gesagt, es ist der Prozess, den Pflanzen verwenden, um die Energie aus dem Sonnenlicht zu sammeln. Die Pflanzen speichern die gesammelte Energie als Kohlenhydrate ab, so dass die Sonneneinwirkung im Grunde als Nahrung für die Pflanze dient. Das Licht wird mit Hilfe des Pigments Chlorophyll absorbiert.


Die zwei wichtigsten Arten von Chlorophyll sind Chlorophyll A und Chlorophyll B. Neben diesen beiden Pigmenten gibt es noch weitere Hilfspigmente, wie zum Beispiel die Carotinoide. Wie in der unten links stehenden Abbildung zu sehen ist, verwendet Chlorophyll A Licht im Bereich der blauen und roten Strahlung, mit Absorptionsspitzen bei etwa 430 nm und 662 nm. 

Kurve 1
Kurve 2

Insgesamt zeigt die Abbildung oben rechts das Absorptionsspektrum von Chlorophyll A (blaue Kurve), B (grüne Kurve) und Beta-Carotin (gelbe Kurve). Wie die Abbildung zeigt, werden grüne und dunkelrote Strahlen kaum oder gar nicht absorbiert. Chlorophyll B verwendet einen ähnlichen Bereich, mit Absorptionsspitzen bei etwa 453 nm und 642 nm. Hilfspigmente, hier am Beta-Carotin dargestellt, verwenden kleinere Abschnitte vom Lichtspektrum mit einem Absorptionsspektrum zwischen 400-500 nm.


Für die Umsetzung von z.B. CO2 in Kohlenhydrate ist Chlorophyll A für die Pflanzen das wichtigste Pigment. Die Hilfspigmente - in diesem Fall geben das Beta-Carotin - die aufgenommene Energie an das Chlorophyll A weiter, d.h. sie verbreitern nur das Aktionsspektrum. Das Aktionsspektrum ist die Empfindlichkeitskurve der Pflanze auf das Licht für die Photosynthese. Um genauere Aussagen über die Lichtabsorption verschiedener Pigmente machen zu können, messen Wissenschaftler in einem aufwändigen Verfahren mit Hilfe eines Spektralphotometers für jede Wellenlänge die Absorptionsrate. Das Ergebnis solcher Untersuchungen über die Aktivität aller Pigmente und Hilfspigmente, einen bestimmten Prozessablauf in der Pflanze zu aktivieren, wird in dem Aktionsspektrum grafisch dargestellt.


Wie die Abbildung zeigt, steht der Pflanze aufgrund des Absorbierten Lichtes ein Aktionsspektrum von 460 bis 720 nm zur Verfügung um CO2 in Kohlenhydrate umzusetzen.


Photomorphogenese
Photomorphogenese ist der Einfluss des Licht auf die Formgebung der Pflanzen. Ein großer Anteil von Licht im blauen Spektralbereich führt zu gedrungenem, buschigen Wachstum der Pflanzen, während eine hohe Konzentration im roten Bereich zu gestreckten Pflanzen mit wenig Seitentrieben führt.

Photoperiodismus
Photoperiodismus bezeichnet das Phänomen, dass Pflanzen auf unterschiedliche Weise auf die Länge der Licht- und Dunkelperioden reagieren. Einige Pflanzen blühen nur, wenn die Dauer der täglichen Belichtung unter einem kritischen Wert liegt – Kurztag-Pflanzen. Andere dagegen blühen nur, wenn das tägliche Licht über diesem kritischen Wert liegt – Langtag-Pflanze.


Der Prozess des Photoperiodismus wird auch durch die Wellenlänge des Lichts beeinflusst. Wird die Pflanze mit rotem Licht beleuchtet, wird eine phytochrome Reaktion ausgelöst, die das Pr (phytochrome red) in die aktive Form umwandeln. Die Pflanze erwacht und die photosynthetischen Prozesse nehmen die Arbeit auf. Licht im Infrarotbereich bringt eine phytochrome Reaktion hervor, die das Pfr (phytochrome far red) in den inaktiven Zustand versetzt. Die Pflanze geht dann quasi in den Schlaf über und die Blüteproduktion wird in der Dunkelperiode weiter vorangetrieben.

Das photosynthetische Wirkspektrum
Die bei den Pflanzen erzielte Wirkung durch die Farbstoffe lässt sich weitgehend auch auf unseren Organismus übertragen. Deshalb soll im Folgenden die Wirkung von Licht auf die Farbstoffe (Pigmente) bei der Pflanze etwas ausführlicher beschrieben werden. Siehe dazu in der im ersten Abschnitt dargestellten Tabelle die Wirkungen der pflanzlichen Farbstoffe, wenn wir sie über unserer Nahrung bzw. Nahrungsergänzungsmittel täglich aufnehmen.


Die nachfolgende Abbildung zeigt das gesamte photosynthetische Aktiv- bzw. Wirkspektrum der in der Natur vorkommenden pflanzlichen Farbstoffe. Es geht deutlich über den Frequenzbereich des sichtbaren Lichtes hinaus (UV-Licht) .

Fasrbverlauf

Die Wissenschaft hat erkannt, dass bestimmte Wellenlängen und Farben von entscheidender Bedeutung für die Photosynthese sind und bestimmte andere diese unterdrücken. So findet im rhythmischen Nacheinander immer ein Fördern und Hemmen des Wachstums statt – ein Auflösen und Wiederaufbau. Der Rhythmus wird so zu bestimmenden Element (Größe), das Leben und Lebendigkeit stattfinden kann und alle Prozessabläufe harmonikal aufeinander abgestimmt ablaufen können. Die richtige Zusammensetzung der Wellenlängen Lichtes  ist daher für ein gesundes und natürliches Pflanzenwachstum unerlässlich. Die meisten Pflanzen haben die höchste Photosyntheserate im blau-violetten, orangen, roten sowie in einem Minimum im grünen Lichtspektrum. Nehmen wir die verschiedenen Farben unserer Pflanzen in uns auf, übertragen sich farbgemäß die licht- d.h. photonengesteuerten Prozessabläufe in unseren Körper auf. Welche Bedeutung dabei welche Farbe hat und welche Prozessgeschehen davon beeinflusst werden zeigt die folgende Tabelle.

UV-Licht
Das für den Menschen unsichtbare UV-Licht wird in drei Teilbereiche unterteilt: UV-A, UV-B und UV-C.


UV-A ist im Wellenlängenbereich von 315-400 nm und wird größtenteils durch die Atmosphäre durchgelassen und trifft auf die Erde auf. UV-A war für die Wissenschaft lange Zeit kein bedeutender Schlüssel für die Photosynthese (1). Neueste Studien haben jedoch gezeigt, dass UV-A Strahlung signifikante positive Effekte auf das Wachstum und die Blüte von Pflanzen hat(2, 3). Dies zeigt auf, dass auch Strahlen außerhalb des PAR Spektrums Einfluss auf die grundlegende Photosynthese haben.


Mit dem Begriff UV-Licht wird häufig das UV-B assoziiert. UV-B liegt in dem Wellenlängenbereich zwischen 290-315 nm und wird gewöhnlich von der Ozonschicht (dort, wo sie ausreichend dick ist) gefiltert. UV-Licht verursacht grundsätzlich Probleme bei Menschen, so wie auch bei den Pflanzen. Zu viel UV-B Licht kann den Prozess der Photosynthese verlangsamen (4), und wichtige Nukleinsäuren werden geschädigt (5). PAR Licht und UV-A treiben die Chloroplastenproduktion (u.a. Beta-Carotin) an, stärken das Abwehrsystem gegen Stress und Krankheiten, und bieten einen gewissen Schutz gegen UV-B Strahlen. Eine dauerhafte Bestrahlung mit UV-B ist jedoch in jedem Falle zu meiden (6).


Bei bestimmten Pflanzenarten kann etwas UV-B (3-4 Stunden pro Tag) während der Blütephase die Produktion von potenteren Blüten anregen (7). Durch die Zellschädigung versucht die Pflanze durch eine beispielsweise vermehrte Harzbildung, ausgesetzte Zellen zu schützen.


UV-B sollte am besten seitlich auf die Pflanze strahlen, und nicht von oben, um den Schaden an der Pflanze zu minimieren. Für diese Methode empfehlen wir eine separate zeitgesteuerte UV-B Lampe für max. 3-4 Stunden in den letzten 3 Wochen der Blüte einzusetzen.


UV-C ist am weitesten vom sichtbaren Licht entfernt und liegt bei 200-290 nm. Nur sehr geringe UV-C Strahlung dringt durch die Atmosphäre, so dass es in der Wissenschaft nicht als wichtig für Bioorganismen erachtet wird.

Blau-Violett und Blau
Der blau-violette und blaue Bereich des Lichts erstreckt sich von ca. 400-520 nm. Wellenlängen im blauen Bereich sind elementare Antreiber in der Photosynthese (8). Je mehr Lichtanteile aus dem blau-violetten und blauen Spektrum, desto größer werden die Blätter. Blaue Wellenlängen tragen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Chloroplasten (4). Chloroplasten sind die Teile der Blattzellen, die das Chlorophyll enthalten und die Photosynthese durchführen.


Blaues Licht hat eine Vielzahl von wichtigen Rollen in der Photomorphogenese der Pflanzen, einschließlich der Regulierung der Stomata (9), des Wasserhaushalts und CO2-Austausches, der natürlichen Formentwicklung (10) sowie der Steuerung des Phototropismus (11) (Lichtempfindlichkeit).

Grün
Der mittlere Bereich des Spektrums erstreckt sich von Grün bei 520 nm und läuft in Gelb bis ungefähr 600nm. Bis vor kurzer Zeit wurde von der Wissenschaft angenommen, dass Grün und Gelb von der Mehrheit der Pflanzen nur wenig oder gar nicht absorbiert werden. Insbesondere das grüne Licht wird von den Blättern reflektiert und dies sei der Grund, warum Chlorophyll ein grünes Erscheinungsbild hat, welches wiederum den Blättern die grüne Farbe gibt. Es wurde völlig ignoriert, dass Carotinoide und andere Hilfspigmente die Wellenlängen in der Mitte des Spektrums absolvieren und damit einen enormen Beitrag zur Photosynthese leisten. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Pflanzen die Mehrheit der Wellenlängen im grünen Bereich absorbieren (12).

Rot und Infrarot
Rotes Licht ist die effektivste Art für die Photosynthese (4,7). Infrarotes Licht wird meist von der Pflanze verwendet um Konkurrenzpflanzen anhand der Schattenbildung zu erkennen (13).
Der Rote Bereich erstreckt sich von 600-730 nm, Infrarot fängt im Nah-Infraotbereich bei 730 nm und endet bei ca. 1.400 nm. Rotlicht und Infrarot beeinflussen die Phytochromwandlungen zwischen den aktiven und inaktiven Formen (Pr und Pfr). Für eine optimale Photosynthese muss sowohl Rot als auch Infrarot für die Pflanze verfügbar sein (7).
Im Übrigen decken sich die Effekte des Rotlichtes auf die Photosynthese und andere Kernelemente des Pflanzenwachstums mit denen des blauen Lichtspektrums (8).

Literatur
1. Caldwell M. (1971): Solar ultraviolet radiation and the growth and development of higher plants. In: Photophysiology. Academic Press, New York.
2. Yao X., Liu Q. (2006): Changes in morphological, photosynthetic and physiological responses of Mono Maple seedlings to enhanced UV-B and to nitrogen addition.
3. Barta C., Kalai T., Hideg K., Vass I., and Hideg E. (2004). Differences in the ROS-generating efficacy of various ultraviolet wavelengths in detached spinach leaves.
4. Zheng, J., Hu, M., & Guo, Y. (2008): Regulation of photosynthesis by light quality and its mechanism in plants.
5. Strid, A., Chow, W., & Anderson, J. (1994): UV-B damage and protection at the molecular level in plants.
6. Fernando J., Fernando H., António E., Maria Manuela A., Maria Paula Duarte & José C. Ramalho (2012): Impact of UV-B radiation on photosynthesis – an overview.
7. Lydon, J., Teramura, A., RH, & Coffmann, C. (2008): UV-B Radiation Effects on Photosynthesis, Growth and Cannabioid Production of two Cannabis sativa Chemotypes.
8. Hogewoning, S., Trouwborst, H., Maljaars, H., Poorter, H., van Leperen, W. & Harbinson, J. (2010): Blue light dose–responses of leaf photosynthesis, morphology, and chemical composition of Cucumis sativus grown under different combinations of red and blue light.
9. Schwartz, A. & Zeiger E. (1984): Metabolic energy for stomatal opening. Roles of photophosphorylation and oxidative phosphorylation.
10. Cosgrove, D. (1981): Rapid suppression of growth by blue light.
11. Blaauw und Blaauw-Jansen, (1970): The phototropic responses of Avena coleoptiles.
12. Terashima I., et al (2009): Green Light Drives Leaf Photosynthesis More Efficiently than Red Light in Strong White Light: Revisiting the Enigmatic Question of Why Leaves are Green.
13. Eskins, K., (1992): Light-quality effects on Arabidopsis development. Red, blue and far-red regulation of flowering and morphology.