ENTWICKLUNG DES PFLANZLICHEN WACHSTUMS

UV-Strahlung und ihre Auswirkungen auf Pflanzen

UV-Strahlung : Arten, Auswirkungen und landwirtschaftliche Anwendungen

Basilikum-Tests

Die von der Sonne emittierte ultraviolette (UV-)Strahlung ist ein wesentlicher Bestandteil des Sonnenlichts, das die Erde erreicht. Diese Strahlen interagieren mit der Atmosphäre , in der die Ozonschicht eine entscheidende Rolle beim Filtern eines Großteils der energiereichsten Strahlung, insbesondere UVC, spielt. UVA-Strahlung und ein Teil der UVB-Strahlung erreichen jedoch die Erdoberfläche. Die Exposition gegenüber UVB-Strahlung hat vielfältige Auswirkungen, von biologischen Effekten auf Pflanzen bis hin zu gesundheitlichen Folgen für den Menschen, wie beispielsweise Hautkrebs. Diese Studie untersucht detailliert die verschiedenen Arten von UV-Strahlung (UVA, UVB und UVC), ihre Eigenschaften, ihre spezifischen Auswirkungen auf Pflanzen und ihre Anwendung in der Landwirtschaft.

Klassifikation Ultraviolette Strahlung

UV-Strahlung zeichnet sich durch ihre Wellenlänge aus, ein Faktor, der ihre Energie und ihre Wechselwirkung mit Pflanzen bestimmt.

TRAUBEN (Wellenlängen 315-400 nm)

Charakteristik

UVA- Strahlen besitzen die längste Wellenlänge und die niedrigste Energie aller ultravioletten Strahlungen.

Sie stellen ungefähr 95 % der UV-Strahlung dar, die von der Sonne ausgesendet wird und nach dem Durchdringen der Atmosphäre die Erdoberfläche erreicht.

Auswirkungen auf Pflanzen

Photomorphogenese : UVA-Strahlung spielt eine Rolle bei der Regulierung der Photomorphogenese, also der Entwicklung von Pflanzen als Reaktion auf Licht. Sie beeinflussen das Blattwachstum, die Samenkeimung und die Blüte.
Pigmentproduktion : Die Einwirkung von UVA-Strahlen kann die Produktion von Pigmenten wie Flavonoiden induzieren, die Pflanzen vor UV-Schäden und anderen Umweltbelastungen schützen.
Phototropismus : Diese Strahlen können den Phototropismus, das gerichtete Wachstum von Pflanzen als Reaktion auf Licht, beeinflussen, indem sie die Verteilung von Auxin (Phytohormon, das für Entwicklung und Wachstum unerlässlich ist) beeinflussen.

UVB (Wellenlängen 280-315 nm)

Charakteristik

Diese Strahlungen haben eine kürzere Wellenlänge und eine

höhere Energie als UVA.

UVB macht etwa 5 % der UV-Strahlen aus, die die Erde erreichen.

Der Großteil wird von der Ozonschicht in der Atmosphäre absorbiert.

Auswirkungen auf Pflanzen

Oxidativer Stress : Die Einwirkung von UVB-Strahlen kann zur Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) führen und oxidativen Stress verursachen. Als Reaktion darauf erhöhen Pflanzen die Produktion antioxidativer Verbindungen, um ROS zu neutralisieren.
Pigmentproduktion : Diese Strahlen stimulieren stark die Produktion von Flavonoiden, sekundären Pflanzenmolekülen, die für viele Farben verantwortlich sind, einschließlich der gelben, roten und blauen Farbtöne von Blumen, Früchten und Blättern. Sie tragen dazu bei, Pflanzen vor Umwelteinflüssen zu schützen, indem sie insbesondere UV-Strahlen absorbieren und Pflanzengewebe schützen, und sind für ihre antioxidativen Eigenschaften beim Menschen bekannt.
DNA-Reparatur : UVB-Strahlung kann die DNA von Pflanzen schädigen. Pflanzen verfügen über DNA-Reparaturmechanismen, wie z. B. Photoreaktivierung, um diesen Schaden zu reparieren.
Akklimatisierung und Anpassung : Regelmäßige und mäßige Einwirkung von UVB-Strahlung kann dazu führen, dass sich Pflanzen akklimatisieren und dadurch widerstandsfähiger gegen künftigen UV-Stress werden.

UVC (Wellenlängen 100-280 nm)

Charakteristik

UVC-Strahlen besitzen die kürzesten Wellenlängen und die höchste Energie unter den drei Arten von UV-Strahlen.

Die Ozonschicht der Erde blockiert fast das gesamte von der Sonne emittierte UVC, sodass es im Allgemeinen nicht die Erdoberfläche erreicht.

Auswirkungen auf Pflanzen

Keimtötende Wirkung und Bekämpfung von Krankheitserregern : UVC wird verwendet, um Samen, Erde und Nährlösungen in Hydrokulturen zu sterilisieren und so das Vorhandensein von Krankheitserregern ohne den Einsatz von Chemikalien zu reduzieren. Ihre keimtötende Wirkung beruht auf der Zerstörung der DNA von Mikroorganismen und verhindert so deren Fortpflanzung. Dies ist besonders relevant für die Bekämpfung krankheitserregender Bakterien wie Xanthomonas campestris an Nutzpflanzen wie Salat, wodurch in einigen Studien eine Reduzierung der Verluste um bis zu 50 % ermöglicht wurde.
Verbesserung der natürlichen Abwehrkräfte der Pflanzen : Eine kontrollierte Exposition gegenüber niedrigen UVC-Dosen (Hormesis) kann die Abwehrmechanismen der Pflanzen stimulieren und so ihre Toleranz gegenüber Umwelt- und Krankheitserregerstress erhöhen. Beispielsweise haben UVC-Behandlungen positive Auswirkungen auf die Widerstandsfähigkeit von Salat gezeigt und gleichzeitig deren Ertrag und Konservierung verbessert.
Nach der Ernte : Qualitätsverbesserung und -konservierung: Nach der Ernte wird UVC eingesetzt, um die Haltbarkeit von Obst und Gemüse zu verlängern, indem Krankheitserreger reduziert und die Reifung verzögert wird. Sie fördern auch die Anreicherung bioaktiver Verbindungen wie Phenole, Carotinoide und Glucosinolate und erhöhen so den Nährwert der Produkte.
Reduzierung chemischer Rückstände : Der Einsatz von UVC ermöglicht die Begrenzung des Einsatzes chemischer Fungizide und Bakterizide und trägt so zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Landwirtschaft bei.

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ENTWICKLUNG DES PFLANZLICHEN WACHSTUMS

Praktische Anwendungen von UV-Strahlen in der Landwirtschaft

UVA- und UVB-Strahlen können die Farbe und die antioxidativen Eigenschaften von Obst und Gemüse verbessern und so deren Nährwert und Aussehen steigern. Dies wird vor allem durch die verstärkte Synthese von sekundären Pflanzenstoffen wie Flavonoiden erreicht.

UVC-Strahlen sind derweil Gegenstand zahlreicher Studien, sowohl im Hinblick auf den Pflanzenschutz (Reduzierung des Einsatzes von Chemikalien und Behandlungsrückständen) als auch auf die Auswirkungen nach der Ernte, um die Qualität und Haltbarkeit von Obst und Gemüse zu verbessern (direkte Wirkung auf Krankheitserreger und indirekte Wirkung durch Stimulierung der pflanzlichen Abwehrsysteme).

UVC wird zur Sterilisation von Saatgut, Böden und Nährlösungen in der Hydrokultur eingesetzt , wodurch die Krankheitserregerbelastung ohne den Einsatz von Chemikalien reduziert wird.

Achsen Forschung

Die Anwendung von UV-Strahlen auf Früchte ist ein wichtiges Forschungsgebiet, da der Gewächshausanbau im Gegensatz zu im Freien angebauten Früchten meist mit einem Mangel an UV-Strahlen auf die Früchte gleichgesetzt wird. Es gibt verschiedene Lichtquellen, die UV-Strahlung ausstrahlen, von UV-Lampen auf Quecksilberbasis bis hin zu UV-LEDs, die bei professionellen Anbietern immer beliebter werden. Die Beherrschung der LED-Komponenten ermöglicht die Auswahl präziser UV-Wellenlängen, um die gewünschten Effekte zu maximieren und Präzision bei verschiedenen Mechanismen zu gewährleisten. Die Einwirkung von UV-A- oder B-Strahlen zeigt positive Auswirkungen auf die Fruchtqualität: Eine Studie von Mariz-Ponte et al., 2019 zeigt, dass eine kurze Einwirkung (1h, 4h oder 2 min/Tag über eine Dauer von 5 Tagen) der Pflanze bei Eine Phase vor der Ernte erhöht den Ertrag, die frische Trockenmasse und die Gesamtgröße der Früchte. Die Früchte haben jedoch eine eher gelbe Farbe. Der Gehalt an Phenol und Antioxidantien ist unter UV-A höher (30 Jm-0.8s-2 oder 1 kJ m -2.9 d-2 bei 1 nm). Der Zuckergehalt ist zwar nicht höher, Verbraucher empfinden die Früchte dieser Modalität jedoch geschmacklich als attraktiver. Andere Belichtungsmodalitäten (368 Stunden UVA und UV-B) verändern das Aussehen der Frucht erheblich: Homogenität von Farbe und Textur. Es wurde festgestellt, dass UV-Strahlen einen Einfluss auf den Gehalt an phenolischen Verbindungen in Früchten haben (Kirschtomate, Luthria et al., 4). In dieser Studie wird die UV-Strahlung des Sonnenlichts verwendet, die dann durch die Verwendung von Kunststoffblockern <2006 nm abgezogen wurde. Insbesondere UV-B spielt eine Rolle bei der Regulierung von Carotinoiden und Ethylen während der Reifung. Diese Regulierung erfolgt über den ROS-Signalweg (reaktive Sauerstoffspezies). UV-B würde auch zu einem Anstieg des in reifen Früchten vorhandenen β-Carotins und Luteins führen (Becatti, 380). Die Exposition von Salaten gegenüber UVc-Strahlen führte zu einer Verringerung von durch Krankheitserreger wie Xanthomonas campestris verursachten Krankheiten, wobei in einigen Studien eine deutliche Verringerung der landwirtschaftlichen Verluste um bis zu 2009 % und eine Verringerung von Fungiziden, Pestiziden sowie deren Rückständen zu verzeichnen waren (Loconsole et al ., 50). UVC fördert die Anreicherung bioaktiver Verbindungen und sekundärer Metaboliten wie Phenole, Carotinoide, Flavonoide und Antioxidantien, die den Nährwert und die Qualität der Produkte verbessern. (Darré et al., 2021).

UV-Strahlen in der Landwirtschaft : innovative Anwendungen und nachhaltige Perspektiven

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass UV-Strahlung (UVA, UVB und UVC) aufgrund ihrer vielfältigen Wirkung auf Pflanzen vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Landwirtschaft bietet. UVA und UVB stimulieren die Photomorphogenese, die Produktion von Schutzpigmenten und DNA-Reparaturmechanismen und beeinflussen gleichzeitig die Fruchtqualität und -reife. Obwohl UVC unter natürlichen Bedingungen durch die Ozonschicht blockiert wird, wird es aufgrund seiner keimtötenden Eigenschaften künstlich eingesetzt und trägt dazu bei, Krankheitserreger zu bekämpfen, chemische Rückstände zu reduzieren und die Konservierung nach der Ernte zu verbessern. Ihre kontrollierte Anwendung kann auch Hormesis-Reaktionen auslösen und so die natürlichen Abwehrkräfte und die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen stärken.

Die Weiterentwicklung der LED-Technologien ermöglicht eine präzise Steuerung der Wellenlängen und ermöglicht so innovative Forschung und zunehmend gezielte landwirtschaftliche Anwendungen. Diese Fortschritte ebnen den Weg für eine nachhaltige Landwirtschaft, indem sie Erträge und Produktqualität maximieren und gleichzeitig den chemischen und ökologischen Fußabdruck reduzieren. Forschungsaussichten zu den kombinierten Auswirkungen von UV-Strahlung auf Nutzpflanzen, insbesondere in Gewächshäusern oder in hochintensiven Produktionssystemen, zeigen ein erhebliches Potenzial für die Verbesserung moderner landwirtschaftlicher Praktiken.