Zirkadiane Rhythmen in Cannabis: Wellenlängen, Lichtintensität und Photoperiodismus

Der Lichtbedarf für den Anbau von Cannabis ist ein wichtiger Teil einer guten Ernte, und die meisten Cannabiszüchter wissen das. Es gibt jedoch mehr zu kennen als nur die Zyklen 18/6 und 12/12. Im Laufe des typischen Tages variiert das Licht der Sonne in Wellenlänge und Intensität auf eine Weise, die Pflanzen mit einem internen Mechanismus, der als zirkadiane Uhr bekannt ist, wahrnehmen können.

Zirkadiane Rhythmen in Pflanzen

Der altgriechische Naturforscher Androsthenes bemerkte erstmals (ca. 4. Jahrhundert vor unserer Zeitrechnung) zirkadiane Rhythmen im Tamarindenbaum (Tamarindus indica), dessen Blätter sich jeden Tag bei Morgen- und Abenddämmerung spürbar kräuseln und entkräuseln. Damals glaubte man jedoch, dass die Pflanzen nur auf Umwelteinflüsse wie Temperatur- oder Tageslichtveränderungen reagierten.

Jahrhunderte später wurde beobachtet, dass viele dieser Rhythmen nicht genau der Tageslänge entsprachen (also „circadian“, was etwa täglich bedeutet) und dass eine endogene „Uhr“ die Rhythmen unabhängig von Umwelteinflüssen steuerte.

So bemerkte der französische Astronom de Mairan 1729, dass die Blätter der Mimosenpflanzen auch bei völliger Dunkelheit ihre täglichen Bewegungen fortsetzten. Zahlreiche Experimente, in denen Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen gezüchtet wurden, haben gezeigt, dass sie auch ohne bekannte äußere Reize weiterhin zirkadiane Rhythmen äußern.

Die Bedeutung exogener Reize

Während Pflanzen jedoch über einen internen Zeitnahme-Mechanismus verfügen, der verschiedene Aspekte ihrer Entwicklung und ihres Verhaltens kontrolliert, sind sie auch in unterschiedlichem Maße auf Umwelteinflüsse angewiesen. Es gibt mehrere genetische Mechanismen, die an zirkadianen Rhythmen beteiligt sind, von denen einige als direkte Reaktion auf externe Signale funktionieren.

Zu diesen genetischen Mechanismen gehören Dinge wie Photorezeptorpigmente, die direkt auf Licht reagieren und von denen einige anscheinend ganz von der inneren „Uhr“ abhängen. Diese Gene (oder Gengruppierungen) arbeiten zusammen, um das typische Alltagsverhalten einer Pflanzenart zu optimieren.

Die Forschung hat eindeutig gezeigt, dass Pflanzen, die unter Bedingungen angebaut werden, die von den natürlichen Zyklen des Lebensraums, an den sie angepasst sind, abweichen, in Bezug auf Gesundheit, Produktivität und Fortpflanzungsfähigkeit leiden.

Eine 2005 veröffentlichte Studie verglich mutierte Arabidopsis thaliana-Pflanzen, die abnormale zirkadiane Rhythmen äußerten, mit normalen Wildtyp-Exemplaren. Es wurde festgestellt, dass Pflanzen mit zirkadianen Rhythmen, die auf ihre Umgebung abgestimmt waren, mehr Chlorophyll produzierten, schneller wuchsen, größere Mengen an Kohlenstoff banden und im Allgemeinen besser überlebten als Pflanzen, deren zirkadiane Rhythmen nicht auf ihre Umgebung abgestimmt waren.

Wellenlänge und Lichtintensität

Es ist unter Cannabiszüchtern bekannt, dass blaues (kürzerwelliges) Licht mit der vegetativen Periode (Frühjahr/Sommer für Outdoor-Züchter) und rotes (längerwelliges) Licht mit der Blütezeit (Spätsommer/Herbst) verbunden ist.

In der Natur wird dieses Phänomen durch die Rotation der Erde und die Umlaufbahn um die Sonne bestimmt, die bei Schwankungen dazu führt, dass die Sonnenstrahlen mit allmählich wechselnden Winkeln auf die Erdoberfläche treffen. Während die Sonneneinstrahlung im Allgemeinen konstant bleibt, reflektiert und streut die Erdatmosphäre eine bestimmte Menge davon, die je nach Einfallswinkel variiert.

Der Einfallswinkel entspricht dem Reflexionswinkel, und mit zunehmendem Einfallswinkel steigt auch die Bandbreite des reflektierten Lichts. Dies führt dazu, dass kürzere Wellenlängen leichter gestreut werden als längere. Wenn der Einfallswinkel also am kleinsten ist (zur Sommersonnenwende), kann die größte Bandbreite, darunter ein größerer Anteil an blauem Licht, in die Atmosphäre eindringen und die Erdoberfläche erreichen.

Wenn sie am größten ist (zur Wintersonnenwende), dringen längere Wellenlängen leichter ein, während kürzere Wellenlängen stärker reflektiert werden. Dieser Effekt ist für den Menschen generell nicht wahrnehmbar, da das Gesamtbild des Himmels immer blau ist, aber es scheint, dass die Pflanzen auf diese subtilen saisonalen Schwankungen der Tageslichtzusammensetzung reagieren.

Tageswellenlängen- und Intensitätsschwankungen

Der Einfallswinkel der Sonne variiert nicht nur nach den Jahreszeiten, sondern auch tageszeitlich. In der Dämmerung ist der Einfallswinkel groß, so dass der Himmel röter erscheint (der Einfallswinkel nimmt mit zunehmender Breite zu. Am Äquator brauchen Morgen- und Abenddämmerung weniger Zeit bis zur Fertigstellung und der Rötungseffekt ist weniger sichtbar). Der Einfallswinkel am Mittag ist am niedrigsten, und das Tageslicht erscheint weißer, da es mehr blaues Licht enthält.

Aufgrund dieses Phänomens variiert auch die Lichtintensität an der Erdoberfläche entsprechend, sowohl saisonal als auch täglich. So wird der Mittag um die Zeit der Sommersonnenwende die größte Lichtintensität erleben und der Mittag während der Wintersonnenwende die niedrigste. Ein Rechner für die tägliche Variation der Lichtintensität nach Datum und Breitengrad finden Sie hier.

Dauer der Dämmerung

Die Erforschung von Modellpflanzenarten hat gezeigt, dass einige Pflanzen nicht nur auf eine Änderung der Lichtintensität reagieren, sondern auch den Sonnenaufgang erwarten, basierend auf der Zeit seit Einbruch der Dunkelheit, den totalen Dunkelstunden und der Dauer der Dämmerung. So lässt beispielsweise Lavatera cretica die Sonne über den Himmel verfolgen und richtet sich bei Dunkelheit neu aus, um der erwarteten Richtung der aufgehenden Sonne zu begegnen.

Die Verfolgung der scheinbaren Bewegung der Sonne ist ein Beispiel für Phototropismus (Bewegung als Reaktion auf Licht), und Cannabis zeigt dieses Verhalten ebenfalls.

In natürlichen Umgebungen dauert die Dämmerung (insbesondere die bürgerliche  Dämmerung, bei der die Lichtintensität für die Photorezeptoren noch ausreichend ist) je nach Breitengrad und Jahreszeit einige Zeit. Genetische Wechselwirkungen, die den zirkadianen Rhythmus in Pflanzen bestimmen, sind sehr komplex; allmähliche Veränderungen und „Schwellenwerte““von Temperatur, Lichtintensität und Spektrum sind entscheidend für den Prozess.

So stellt die Dämmerungszeit für viele Pflanzen, insbesondere für diejenigen, die sich an höhere Breiten gewöhnen, eine wichtige Phase des Tageszyklus dar. Die Bereitstellung einer definierten Dämmerungszeit für diese Pflanzen in der Morgen- und Abenddämmerung kann ihre allgemeine Gesundheit und Fortpflanzungsfähigkeit erhöhen.

Einfallswinkel

Die Dauer der Dämmerung hängt vom Einfallswinkel der Sonne ab (dem Winkel, unter dem ihre Strahlen auf die Erdoberfläche treffen) und variiert je nach Breitengrad und Jahreszeit. Am Äquator, wo der Einfallswinkel kleiner ist, variiert die Dauer der Dämmerung weitaus geringer als in höheren Breiten. Dort dauern Morgen- und Abenddämmerung in der Regel etwa 23 Minuten; bei 60°N/S dauert die Dämmerung etwa 1 Stunde 45 Minuten bei der Sommersonnenwende und etwa 50 Minuten bei der Wintersonnenwende.

Einen Dämmerungszeitrechner finden Sie hier.

Die Reaktion auf diese Variationen ist eine der vielen Variablen, die an der Anpassung einer Pflanze an einen bestimmten Lebensraum beteiligt sind, und eine möglichst genaue Nachahmung erhöht die Erfolgsaussichten einer Zimmerpflanze und optimiert die Ergebnisse. Während die genaue Natur der komplexen Wechselwirkungen bei der Arbeit in Pflanzen nicht vollständig verstanden wird, hat die Forschung gezeigt, dass bei grünen Pflanzen die Dämmerung die Expression eines bestimmten Gens, bekannt als Athb-2, auslöst. Dieses Gen ist empfindlich gegenüber Veränderungen im Verhältnis von rotem und dunkelrotem Licht.

Photoperiodenabhängige Pflanzen (einschließlich der meisten Cannabissorten) gewinnen Informationen über die Tageslänge, indem sie die leichte tägliche Veränderung in der Zeit von Morgen– und Abenddämmerung erfassen. Ist ein bestimmter Schwellenwert erreicht, werden genetische Auslöser für die Blüte übertragen. Während eine plötzliche, abrupte Veränderung der Photoperiode die Blüte auslöst, gibt es Hinweise darauf, dass die Anpassung an die saisonalen Schwankungen bei Tagesanbruch und Einbruch der Dämmerung auch dazu beitragen kann, den Ertrag und die allgemeine Gesundheit von Zimmerpflanzen zu verbessern.

Wie können diese Informationen umgesetzt werden?

Die meisten kultivierten Cannabissorten werden um ein Vielfaches gekreuzt, wobei die Eigenschaften aufgrund der menschlichen Selektion dominant werden. Als solche haben sie sich nicht natürlich an einen Lebensraum angepasst, wie es bei den Landrassenarten der Fall ist, von denen sie letztendlich abstammen.

Im Allgemeinen wählt der Mensch nach bestimmten Merkmalen wie Ertrag, Duft, Potenz, Blütendichte und Resistenz gegen Schädlinge und Krankheiten; Merkmale, die mit der zirkadianen Reaktion verbunden sind, werden im Allgemeinen übersehen, was bedeutet, dass Indoor-Hybriden verschiedene Phänotypen ausdrücken können, selbst wenn sie für andere Merkmale zutreffen. Dennoch kann das Experimentieren mit verschiedenen Züchtungen zu besseren Ergebnissen führen, wenn die richtige Kombination von Variablen gefunden werden kann.

Wenn man versucht, die Landrassengenetik in Innenräumen anzubauen, könnte es theoretisch recht einfach sein, das Beleuchtungsregime zu optimieren, bis es dem natürlichen Lebensraum der Pflanze nachempfunden ist. Die Lichtzyklen variieren je nach Breitengrad und Jahreszeit, und es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Zeit und Dauer von Tagesanbruch und Nachteinbruch an einem bestimmten Tag an einem bestimmten Ort zu berechnen. Es gibt sogar verschiedene Online-Rechner.

Beleuchtung zur präzisen Nachahmung von Tageslichtveränderungen

Beleuchtungssysteme, die ein so feines Maß an Kontrolle ermöglichen, sind jedoch selten. Für die meisten Indoor-Cannabiszüchter sind die Lichter so eingestellt, dass sie jeden Tag genau zur gleichen Zeit ein- und ausgeschaltet werden. Die meisten Innenbeleuchtungssysteme schalten sich recht schnell ein und aus – selbst ein HPS-Licht erreicht in der Regel innerhalb weniger Minuten die volle Helligkeit – im Gegensatz zu dem allmählichen Einbruch von Morgen- und Abenddämmerung in einer natürlichen Außenumgebung.

Sobald die volle Lichtintensität erreicht ist, gibt es keine Variation mehr, bis das Licht ausgeschaltet wird, und der Beginn der Morgendämmerung ist dann noch schneller als der Beginn der Abenddämmerung. Es gibt auch wenig Schwankungen im Spektrum, wie sie bei natürlichen Tageslichtverhältnissen auftreten würden.

Einige Beleuchtungssysteme, die eine gewisse Kontrolle ermöglichen, sind verfügbar. Einige fortschrittliche LED-Beleuchtungssysteme, wie z.B. die Intelligent-Gro LED Intensity Series, enthalten programmierbare Elemente zur Simulation von Sonnenauf- und -untergang sowie die Möglichkeit zur Feinabstimmung von Lichtzyklen basierend auf Intensitäts- und Spektrumsschwankungen in bestimmten Breitengraden und Jahreszeiten. Diese Elemente können manuell für eine präzise Steuerung programmiert werden, und es stehen vorprogrammierbare Modi zur Verfügung, um Sonnenauf- und -untergang, Mondlicht und bewölkte Tage zu replizieren.

Solche LED-Systeme ermöglichen eine recht präzise Steuerung des Spektrums, da sie aus drei Farbkanälen (rot, blau und weiß) bestehen, die unabhängig voneinander gesteuert werden können, um das Gesamtverhältnis von rotem und blauem Licht zu verändern. Während dies über die Möglichkeiten der meisten HPS-, Metallhalogenid- oder CFL-Beleuchtungssysteme hinausgeht (obwohl CFL-Systeme mit Steuerung der Warmweiß- und Hellweißanteile realisiert werden können), gibt es einige Steuerungssysteme, die zumindest programmierbare Tageslichtvariationen der Lichtintensität ermöglichen. Solche Beleuchtungssysteme können potenziell durch LEDs ergänzt werden, um bei Bedarf Änderungen im Verhältnis zu ermöglichen.

  • Disclaimer:
    Die Gesetze und Vorschriften zum Cannabisanbau sind von Land zu Land unterschiedlich. Sensi Seeds rät Ihnen daher dringend, Ihre lokalen Gesetze und Vorschriften zu befolgen. Handeln Sie nicht im Widerspruch zum Gesetz.

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