🎙️ Využívají rostliny zelené světlo? Velký mýtus o fotosyntéze.

Využívají rostliny zelené světlo pro fotosyntézu, nebo je opravdu „k ničemu“, jak se často tvrdí? V této epizodě se podívám na jeden z nejrozšířenějších mýtů o světle a fotosyntéze. Vysvětlím, odkud se vzala představa, že zelené světlo rostliny nevyužívají, co o tom už v 70. letech zjistil Keith J. McCree a proč je rozdíl mezi absorpční křivkou chlorofylu a skutečnou fotosyntézou v listu zásadní. Zjistíte také, že list není plochá destička, ale vícepodlažní struktura, ve které se světlo chová jinak, než by napovídala jednoduchá chlorofylová křivka.

V 88. epizodě Konopného podcastu se dozvíte:

• Jak funguje fotosynteticky aktivní záření (PAR),
• co je kvantová účinnost a proč není každý foton stejně „pracovitý“,
• proč zelené světlo proniká hlouběji do listu,
• jak se jeho význam mění při vysoké intenzitě světla,
• a že tato barva u osvětlení rozhodně není zbytečná.

Článek k podcastu

Při shánění informací o pěstování konopí narazíte na dlouhou řadu mýtů. Jeden z těch nejrozšířenějších, které se vážou k pěstování pod umělým osvětlením je tvrzení, že rostliny nevnímají zelené světlo. Tenhle mýtus má celkem logický základ v tom, že rostliny vidíme jako zelené, což může znamenat, že zelenou složku světla odrážení a nevyužívají. Jenže zpracování světla rostlinami je o dost složitější. Pojďme se tedy podívat, jak to s tím zeleným světlem je doopravdy. Možná budete sami překvapeni.

Ještě než se pustíme do hodnocení vlivu zeleného světla na rostliny, musíme si zasadit tuhle složku viditelného světla do barevné škály a souvislostí s pěstováním konopí. Viditelné světlo je část elektromagnetického záření, které naše lidské oko vidí a vnímá. Viditelné spektrum je v rozmezí zhruba 380-740 nanonemtrů. Na některé vlnové délky v tomto rozsahu je naše oko citlivější na některé méně. Viditelné spektrum zahrnuje Fialovou, modrou, zelenou, žlutou, oranžovou a červenou složku

Součástí viditelného spektra je takzvané fotosynteticky aktivní záření ve všeobecně uznávaném rozsahu 400-700 nanometrů. Fotosynteticky aktivní záření zahrnuje světlo o vlnových délkách, které prokazatelně působí na fotosyntézu. A jelikož vlnová délka zelené světla je 500-570 nm, je nedílnou součástí fotosynteticky aktivního záření, jak ho v roce 1972 ve své práci definoval Keith J. McCree.

Keith McCree a osvětlení pro rostliny

Keith McCree byl americký rostlinný fyziolog, který se specializoval na to, jak rostliny skutečně reagují na světlo. Během svého zkoumání světla, udělal něco, co bylo na svou dobu zásadní. Nezkoumal chlorofyl ve zkumavce, ale zajímal ho skutečný list na živé rostlině. List umístil do měřicí komory, kde mohl přesně kontrolovat podmínky, a vždycky ho osvětloval pouze světlem o jedné konkrétní vlnové délce. Jednou červenou, jindy modrou, žlutou a samozřejmě i zelenou. A místo toho, aby sledoval jen barvu světla, měřil také, kolik oxidu uhličitého rostlina při daném osvětlení skutečně spotřebuje. A právě spotřeba CO₂ je přímým důkazem toho, že probíhá fotosyntéza.

Nejdůležitější trik ale spočíval v tom, že McCree nesrovnával watty, ale fotony, tedy energetické částice nesoucí světlo. Každou barvu testoval při stejném počtu dopadajících fotonů. Chtěl vědět, jak účinný je jeden foton konkrétní barvy. Tím vznikla takzvaná akční křivka fotosyntézy. A už tehdy se ukázalo, že zelené světlo sice není tak účinné jako modré nebo červené, ale rozhodně jeho vliv není zanedbatelný. McCreeho práce byla později mnohokrát potvrzena a dodnes tvoří základ toho, co označujeme jako fotosynteticky aktivní záření.

Přestože zelené světlo mělo prokazatelný vliv na fotosyntézu, jeho role byla dlouho považována za méně významnou. Výrobci osvětlení se proto soustředili především na červené a modré pásmo, které vykazovalo nejvyšší kvantovou účinnost, a snažili se optimalizovat spektrum podle tehdejšího výkladu akční křivky fotosyntézy.

Síla barvy fotonu

Kvantová účinnost vyjadřuje, jak dobře rostlina využije jeden foton světla. Čím vyšší kvantová účinnost, tím víc fotosyntézy vznikne z každého jednotlivého fotonu. Kdybyste si představili fotony jako dělníky, tak jeden zelený foton obvykle udělá o něco méně práce než foton červený a většinou i než foton modrý. Nejvyšší kvantovou účinnost má zpravidla červené světlo.

Nabízí se otázka, proč tedy nepěstovat jen pod červeným spektrem, když je červený foton z hlediska fotosyntézy nejefektivnější. Odpověď nás přivede i k tomu, proč zelenou složku úplně neignorovat.

Fotosyntéza je klíčový proces, při kterém rostlina získává cukru, jako základní energetickou složku pro své fyziologické procesy. Světlo ale není jen motorem fotosyntézy, ale zároveň ovlivňuje i tvar, strukturu, vývoj i chování rostliny

Čistě červené světlo by sice dokázalo pohánět fotosyntézu velmi efektivně, ale rostlina by pod ním nerostla správně. Chyběla by jí modrá složka, která reguluje kompaktní růst, vývoj listů a otevírání průduchů. Bez modrého světla mají rostliny tendenci se vytahovat, listy jsou tenčí a celková stavba rostliny je slabší. A tím to nekončí. Far-red ovlivňuje vnímání stínu, rychlost růstu zastíněných částí rostlin nebo rychlost nástupu kvetení.

Zelená část světelného spektra prokazatelně proniká hlouběji do listů a do spodních pater porostu, kam se modrého a červeného spektra dostane mnohem menší množství. Každá část spektra má prostě svou roli. Rostlina zkrátka nepotřebuje jen ty největší makáče, ty nejvýkonnější dělníky, ale celý dobře sladěný tým, kdy někdo sice maká méně, ale zase umí něco, co jiný nezvládne. Červené světlo je skvělé pro samotnou fotosyntézu, ale bez ostatních barev by rostlina nebyla zdravá, kompaktní ani stabilní.

Blurple (blue/red) vs plnospektrální svítidla

Nějakou dobu se zdálo, že zelené světlo při pěstování pod umělým osvětlením upadlo v zapomnění. Při pěstování pod vysoce intenzivními výbojkami jako jsou ty halogenidové nebo sodíkové se kladl důraz především na modrou a červenou složku světla. S nástupem LED se tento trend ještě zesílil a trhu vládly takzvané blurple LED, které kombinovaly především modré a červené spektrum v oblastech s vyšší kvantovou účinností. Výsledkem bylo takové nafialovělé světlo. Tato osvětlení jsou k dostání i dnes a mají vysokou účinnost z hlediska fotosyntézy, nicméně kvůli absenci většího výkonu v jiných částech, zelené světlo nevyjímaje, mají i své nedostatky. Ideální je použití takových typů osvětlení jako doplňkového světla například v hybridních sklenících. Tam mají rostliny dostatek fotonů z celého spektra barev přímo ze slunce a blurple moduly pohání fotosyntézu, když zrovna slunce nesvítí.

Při pěstování výhradně pod umělým osvětlením bez přístupu slunce dnes dávají podle všeho největší smysl plnospekrální světla, navíc s přídavkem Far-Red světlené složky.

Zpátky ale k zelenému světlenému spektru. Domněnka, že tahle část fotosynteticky aktivního záření nezaslouží pozornost pěstitelů pod umělým osvětlením se držela docela dlouho. Jednou z prací, která významně přispěla k přehodnocení role zeleného světla ve fotosyntéze vyšla v roce 2017 v časopise, Journal of Experimental botany a jmenovala se „Neignorujte zelené světlo“ v originále “Don’t Ignore the Green Light”. Tým vědců v čele s Davidem S. Smithem shrnul experimentální data z fyziologie listu, optických měření i studií porostu a ukázal, že zelené světlo není fotosynteticky bezvýznamné, jak se dříve často interpretovalo na základě samotného absorpčního spektra chlorofylu.

Autoři této studie vysvětlují jednu důležitou věc. Zelené světlo se sice na povrchu listu nepohlcuje tak silně jako modré a červené, ale tím jeho cesta nekončí. Velká část zelených fotonů pronikne hlouběji do listu, do míst, kam už se modré a červené světlo dostává jen omezeně. A právě tam může dál pohánět fotosyntézu. To je zásadní rozdíl ve srovnání s jednoduchým pohledem, při kterém se díváme jen na absorpční křivku chlorofylu ze zkumavky. Skutečný list je složitá struktura a světlo se v něm chová jinak než v laboratorním roztoku s chlorofylem. Studie tak ukázala, že zelené světlo přispívá k celkové fotosyntéze víc, než se dříve předpokládalo.

Zároveň tahle studie taky vysvětluje, proč jsou listy zelené, a přesto dokážou zelené světlo využít. Modré a červené světlo je většinou pohlceno hned v horních vrstvách listu. Zelené světlo je pohlcováno v této části listu méně intenzivně, a proto může proniknout hlouběji. Část z něj se od listu odrazí a část projde skrz list, a právě proto vnímáme listy jako zelený.

Není to ale tak, že by se zelené světlo odrazilo všechno. Naopak. List obvykle absorbuje zhruba 70 až 85 procent zeleného světla. Takže rozhodně nejde o světlo, které by rostlina „nepoužívala“ nebo nevnímala.

Díky tomu, že zelené světlo proniká hlouběji do porostu, dokáže zlepšit fotosyntézu i v hustém porostu. A to je něco, co při indoor pěstování hraje důležitou roli. Konopí je poměrně košatá rostlina vytváří hustý porost. Používání plnospektrálního osvětlení s podílem zelené složky tak dává ještě větší smysl.

Zelené světlo při vysoké intenzitě PPFD

Novější studie ukazují, že při vysokých intenzitách světla může být fotosyntetická účinnost zeleného světla překvapivě blízká červenému. Důvodem je lepší pronikání do hlubších vrstev listu, kde aktivuje chloroplasty, které by jinak zůstaly méně využité. Jinými slovy – při vysoké intenzitě osvětlení jsou už horní vrstvy listu využité naplno a další červené fotony už nepřinášejí výrazné zvýšení fotosyntézy. Zelené fotony ale proniknou hlouběji a zapojí do výkonu řekněme i nižší patra. Jakoby červené fotony přinášely energii do podkroví a jakmile je kapacita podkroví naplněna, nemá už přidávání červeného světla smysl. Zelené světlo dopraví světelnou energii i do spodních pater a sklepa a jeho význam proto při vyšších intenzitách stoupá. Kvantová účinnost zeleného světla pořád zůstává nižší než u červeného, ale při specifických podmínkách může být jeho přínos mnohem větší, než jsme předpokládali.

O tom, jak rostliny vstřebávají a využívají světlo se máme stále co učit a určitě nás v budoucnu čeká ještě řada nových objevů. Každopádně je třeba mít stále na paměti, že rostliny se stovky milionů let adaptovaly světelné spektrum slunce, které zaplavuje planetu Zemi plným spektrem barev v oblasti fotosynteticky aktivního záření a přilehlými oblastmi. Přestože v současnosti nemůžeme tvrdit, že víme os osvětlení z hlediska rostlin zdaleka vše, používáním plnospektrálního osvětlení se snažíme rostlinám simulovat stejné podmínky, na které se adaptovaly v přírodě. Zelené světlo nevyjímaje.

Na závěr musím dodat, že nemá smysl začít teď přidávat rostlinám samostatné osvětlení se zeleným spektrem, to rozhodně ne. Plnospektrální osvětlení tuto složku přirozeně zahrnují. Vyvážené světlené spektrum přispívá ke správnému a zdravému vývoji rostlin a do značné míry ovlivňuje jejich morfologii i výnos a kvalitu úrody.

To je pro tentokrát vše. Pro další informace o pěstování si můžete poslechnout starší díly Konopného podcastu nebo se podívat na můj YouTubeový kanál, Facebook nebo Instagram. Jestli se Vám moje tvorba líbí, můžete mě podpořit na platformě Forendors nebo si něco koupit na www.pestovat.cz. Tam najdete i odkazy na všechny moje sociální sítě.

Díky za pozornost, mějte se krásně a ať vám to roste pěkně zeleně.