Weinreben, die für Wein und Rosinen unerlässlich sind, erleiden Verluste aufgrund schlechter Etablierung und des Niedergangs neu gepflanzter Reben. Fortschritte bei der Manipulation von Baumschullichtspektren versprechen gesündere Reben, doch die genauen Mechanismen sind unklar.
Untersuchungen zeigen, dass die über LED-Beleuchtungstechnologie gesteuerte Lichtqualität das Pflanzenwachstum und die Photosynthese erheblich beeinflusst, die Reaktionen jedoch je nach Art und zwischen verschiedenen Lichtwellenlängen unterschiedlich sind.
Um zu verstehen, wie sich die Lichtqualität auf das Wachstum und den Stoffwechsel von Weinreben auswirkt, sind umfassende Forschungsarbeiten unter Einbeziehung physiologischer, biochemischer und transkriptomischer Analysen erforderlich, insbesondere um die molekularen Grundlagen der Auswirkungen von Licht auf die Photosynthese und die Kohlenstoffdynamik aufzudecken.
Im August 2023, Gartenbauforschung veröffentlicht a Studie mit dem Titel „Weinrebenpflänzchen reagieren auf verschiedene monochromatische Lichter, indem sie die Photosynthese und die Kohlenstoffverteilung anpassen.“
Die Studie ergab unterschiedliche Reaktionen von Weinrebenpflänzchen auf unterschiedliche Lichtqualitäten. Unter grünem und rotem Licht nahm die Stängellänge in ähnlicher Weise zu, wohingegen blaues Licht keinen signifikanten Effekt zeigte. Andererseits blieb die Blattfläche einzelner oder ganzer Pflanzen bei unterschiedlichen Lichtqualitäten weitgehend unverändert.
Die räumliche Variation des Blattchlorophyllgehalts (SPAD-Wert) zeigte ein typisches Muster. Grünes Licht reduzierte den SPAD der Blätter in den meisten Bereichen und rotes Licht in geringerem Maße, während blaues Licht den SPAD der Blätter in den mittleren Kronenbereichen erhöhte.
Die Lichtqualität beeinflusste auch die Lichtintensität der Blattspreite in einer wellenlängen- und blattbereichsabhängigen Weise. Insbesondere blaues und grünes Licht erhöhten die Lichtintensität in den unteren Bereichen der Blätter. Die Photosynthese (Pn) unterschied sich zwischen den Blättern in verschiedenen Kronenpositionen, wobei rotes Licht die Pn in den oberen Blättern verstärkte.
Der Gasaustausch der Blätter unter verschiedenen Lichtverhältnissen wurde anhand von Lichtreaktionskurven untersucht. Blaues Licht erhöhte die maximale Photosyntheserate (Pnmax) deutlich, insbesondere bei höheren Lichtintensitäten. Im Einklang mit dem Anstieg von Pn erhöhte blaues Licht auch die Stomata-Leitfähigkeit und die Transpirationsrate, ohne die Wassernutzungseffizienz (WUE) zu beeinträchtigen.
Im Gegensatz dazu reduzierte grünes Licht den Pnmax, verringerte leicht die stomatale Leitfähigkeit, erhöhte die Transpirationsrate und reduzierte die WUE deutlich. Rotes Licht hatte geringfügige Auswirkungen auf diese Parameter.
Die Verteilung der Trockenmasse und des Hauptkohlenhydratgehalts im Ober- und Untergrund wurde durch unterschiedliche Lichtqualitäten beeinflusst. Blaues Licht unterdrückte übermäßiges Wachstum und erhöhte das blattspezifische Gewicht deutlich um 38,29 %. Rotes Licht erhöhte das Trockengewicht des Stängels um 53,60 %, den Stärkegehalt des Blattes um 53,63 % und den Saccharosegehalt des Stängels um 230 %.
Die Analyse des gesamten Genom-Transkriptoms ergab, dass unterschiedliche Lichtqualitäten spezifische genetische Reaktionen in Blättern, Stängeln und Wurzeln auslösten. Die Expressionsmuster von Genen im Zusammenhang mit Photosynthese, Lichtsignalisierung und Kohlenstoffstoffwechsel variierten je nach Lichtqualität erheblich. Insbesondere Gene wie VvCOP1, VvHY5, VvHYH und VvELIP könnten bei dieser Signalübertragung vom Spross zur Wurzel eine wichtige Rolle spielen.
Darüber hinaus identifizierte die Korrelationsnetzwerkanalyse Schlüsselgene, die mit physiologischen Merkmalen wie der Photosyntheserate und dem spezifischen Blattgewicht verbunden sind. Beispielsweise zeigten Gene wie VvpsbS, VvHYH und VvALDA1 starke Korrelationen mit diesen Merkmalen, was auf ihre mögliche Rolle bei der Reaktion auf die Lichtqualität und der Regulierung der pflanzlichen Photosynthese und des Kohlenstoffstoffwechsels hinweist.
Zusammenfassend liefert diese Studie wertvolle Einblicke in die Optimierung von Lichtrezepten für das Weinrebenwachstum und hebt die unterschiedlichen Auswirkungen verschiedener Lichtqualitäten auf Pflanzenwachstum, Photosynthese, Kohlenstoffverteilung und genetische Expression hervor.
Die Ergebnisse unterstreichen die Komplexität der Reaktionen von Pflanzen auf Licht und das Potenzial gezielter Lichtbehandlungen zur Verbesserung des Wachstums und der Qualität von Weinreben.
Mehr Informationen:
Menglong Liu et al., Weinrebenpflänzchen reagieren auf verschiedene monochromatische Lichter, indem sie die Photosynthese und die Kohlenstoffverteilung anpassen. Gartenbauforschung (2023). DOI: 10.1093/hr/uhad160
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