Wachstum steuern – mit Licht - wissenschaft.de

von LUDGER WEß

Wie lassen sich bald neun oder zehn Milliarden Menschen ernähren, ohne noch mehr Boden in landwirtschaftliche Fläche umzuwandeln? Mehr noch: Wie kann man mehr Flächen der Natur überlassen, damit sich wichtige Ökosysteme erholen und CO2 speichern können? Selbst wenn es gelingt, die Produktivität auf den vorhandenen Agrarflächen weiter zu erhöhen, kann das den Mehrbedarf vermutlich nicht decken. Dazu kommt, dass es immer mehr Menschen in die Städte zieht. Inzwischen gibt es weltweit fast 40 Megacitys mit jeweils mehr als zehn Millionen Einwohnern. Die Menschen in solchen Ballungsräumen mit qualitätsvollen, frischen Lebensmitteln zu versorgen, ist nicht nur ein logistisches Problem, sondern durch den Transportverkehr auch eine immense Belastung der Umwelt.

Einen Ausweg könnte der innerhalb von Gebäuden betriebene vertikale Anbau darstellen, bei dem Pflanzen gestapelt übereinander oder auch an Wänden wachsen. Solche Pilotanlagen, in denen hochwertige Spezialkulturen mithilfe von künstlicher Beleuchtung und in weitgehend geschlossenen Kreisläufen angebaut werden, existieren bereits in Asien, den USA und auch in Europa.

„Aber können wir wirklich von einer Pflanze, die für das Feld gezüchtet wurde, erwarten, dass sie in einem Hochregal gut wächst?“, fragt Kevin Folta, Professor für Gartenbauwissenschaften an der University of Florida in Gainesville. „Das ist das Problem. Es bedeutet, dass wir die Lichtverhältnisse, unter denen wir die Pflanzen anbauen, genau wie die Genetik der Pflanzen überdenken müssen.“ Über die Frage, wie Licht pflanzliche Prozesse beeinflusst, forscht Folta seit mehr als einem Jahrzehnt. Er gilt als einer der Pioniere der Photomorphogenese-Forschung.

Licht ist für Pflanzen überlebenswichtig und hat über die reine Photosynthese hinaus großen Einfluss auf zahlreiche Prozesse: Keimung des Samens und Entwicklung des Sämlings, die Einleitung der Blütenbildung sowie ganz allgemein die Wachstumsrichtung und die Gestaltbildung – Farne und Nacktsamer wie Palmfarne, Koniferen und ähnliche Pflanzen ausgenommen. „Da Pflanzen an einem Ort festsitzen, müssen sie in der Lage sein, Umweltveränderungen zu erfassen und flexibel auf sie zu reagieren“, sagt Folta. Pflanzen haben daher mithilfe von Farbstoffen Lichtsensoren entwickelt, die ihnen als Informationsquelle über ihre Umwelt dienen. Auf Basis dieser Lichtinformationen aus dem Spektrum Rot, Blau und Grün steuern die Pflanzen Vorgänge wie Wachstum und Entwicklungsänderung, etwa die Umstellung auf die Blühphase.

Dass sich diese Steuerungsmechanismen gezielt zur Beeinflussung von Pflanzen im Sinne des Menschen nutzen lassen, ist allerdings erst durch Fortschritte bei der LED-Technologie gelungen (LED steht für „Light-Emitting Diode“). Ende des 20. Jahrhunderts begann die Massenfertigung von bunten LEDs, die monochromatisches Licht in einer Vielzahl von Wellenlängen darstellen können. Durch sie ist es heute möglich, die Spektren für eine bestimmte Pflanzenreaktion gezielt zu optimieren – aufgrund der inzwischen preisgünstigen Angebote nicht mehr nur im Labor, sondern auch im kommerziellen Salat- oder Gemüseanbau.