Heute basieren Pflanzenlampen überwiegend auf LED-Technologie. Diese Lampen sind sehr energieeffizient, langlebig und erlauben eine gezielte Spektralsteuerung, sodass sie das Licht optimal an die Bedürfnisse der Pflanzen in den verschiedenen Entwicklungsstadien anpassen. So werden nicht nur Wachstum, Blüte und Qualität optimiert, sondern auch Energie eingespart.

Einfluss des Spektrums auf das Pflanzenwachstum

Blaues Licht im Bereich von etwa 400 bis 500 Nanometern fördert kompakte, kräftige Pflanzen, regt Blattwachstum und Chlorophyllbildung an – insbesondere in der frühen Wachstumsphase wie bei Keimlingen und Jungpflanzen.

Rotes Licht zwischen 600 und 700 Nanometern stärkt die Photosynthese, treibt das Wachstum voran und fördert die Blüten- und Fruchtbildung. Fernrot (Far-Red), meist um 700 bis 740 Nanometer, steuert gezielt Blüte und Reifung und wird häufig am Tagesende eingesetzt, um diese Prozesse zu unterstützen.

Grünes Licht im Bereich von 500 bis 600 Nanometern dringt tiefer ins Blattinnere ein als Blau oder Rot und versorgt dadurch auch untere Pflanzenteile besser mit Licht. Außerdem tragen reflektierte Grünanteile benachbarter Blätter zur Lichtausbeute bei. Deshalb ist ein moderater Anteil Grünlicht wichtig, um die gesamte Lichtverteilung in dichten Beständen zu verbessern und die Photosyntheseeffizienz insgesamt zu steigern.

Kurzwelliger UV-Bereich fördert die Bildung von sekundären Pflanzenstoffen, die für Farbe und Aroma wichtig sind.

Dynamische Pflanzenlampen

Dynamische Pflanzenlampen ermöglichen es inzwischen, spektrale Anteile im laufenden Betrieb flexibel anzupassen. So kann man etwa in der Keimlingsphase auf viel Blau setzen, in der vegetativen Phase Rot dominieren lassen und im Übergang zur Blüte oder Reifung gezielt Rot und Fernrot einsetzen. Diese adaptive Lichtsteuerung wird bereits praxisnah eingesetzt – etwa in Vertical Farms, Indoor-Gardening-Systemen wie Microgreens, Gewächshäusern für Gemüse, in der Zierpflanzenproduktion, Lehre und Forschung sowie bei Spezialkulturen wie Aromapflanzen.

Diese dynamische Lichtsteuerung findet heute bereits Anwendung in Vertical Farms und Indoor-Gardening-Systemen wie Microgreens und Salaten, in Gewächshausbetrieben für Gemüse und Kräuter, in der Zierpflanzenproduktion und Jungpflanzenanzucht sowie in Forschung und Lehre an Hochschulen. Speziell für Spezialkulturen wie Aromapflanzen oder in Ländern mit legalem Anbau von Cannabis sind solche Spektralsteuerungen besonders wichtig.

Durch den Einsatz solcher gezielten Lichtrezepte lassen sich Ertrag, Qualität und Robustheit von Pflanzen deutlich verbessern. 

Wir zeigen hier Spektren einer dynamischen Pflanzenlampe von Crocus Labs. Diese Firma entwickelt fortschrittliche Beleuchtungssysteme mit Sensoren und Spezial-LEDs, um eine ideale Lichtumgebung zu schaffen. Die Technologie unterstützt den menschlichen Biorhythmus und ermöglicht präzise gesteuerten Gartenbau. Das Unternehmen wird vom Accelerator-Programm des Europäischen Innovationsrats (EIC) und führenden deutschen Risikokapitalgebern unterstützt.

Aufgenommen wurden die Spektren mit unserem neuen Mikrospektrometer. Dieser Spektrometertyp eignet sich ideal zur Aufnahme von LED-Spektren: Es liefert hochaufgelöste Daten, mit denen schmale Emissionspeaks akkurat erfasst werden können. Damit lassen sich einzelne LED-Wellenlängen exakt identifizieren und ihre Intensitätsverteilung präzise quantifizieren – eine große Unterstützung für die Lampenentwicklung und Spektralfeinabstimmung.

Weißlicht-Kanal

Weiße LEDs liefern ein breites Grundspektrum, das durch eine Phosphorschicht erzeugt wird, und decken gleichzeitig Blau-, Grün- und Rottöne ab. Das ist technisch effizienter und wirtschaftlicher als separate grüne oder gelbe LEDs, die zusätzlich gesteuert werden müssten und in der Regel weniger effizient sind.

Dieses Grundspektrum kann dann mittels zusätzlichen blauen und roten LEDs in der spektralen Verteilung variiert werden, um so die gewünschten Effekte bei den Pflanzen zu erzielen.

Die einst verbreitete Annahme, grünes Licht sei für Pflanzen nahezu unwirksam, beruht auf der starken Absorption von Chlorophyll bei Blau und Rot. Neuere Forschung zeigt: Grün dringt tiefer ins Blattgewebe und erreicht dort Chloroplasten, die sonst ungenutzt blieben. Deshalb ergänzt Weißlicht (mit Grünanteil) gezielt das Photosynthese-Potenzial.

Blau-Kanal

Blaues Licht aktiviert die beiden Blaulichtrezeptoren Cryptochrom und Phototropin. Cryptochrome steuern die circadiane Uhr und hemmen Streckungswachstum, fördern kompakte Pflanzen und beeinflussen Blatt- sowie Chlorophyllbildung. In der Jungpflanzenanzucht wird das gezielt eingesetzt, um Vergilben und Vergeilung zu vermeiden. 

Phototropine hingegen steuern vor allem Bewegungs- und Ausrichtungsprozesse. Sie regulieren den Phototropismus, also das gerichtete Wachstum der Pflanze hin zur Lichtquelle, öffnen die Spaltöffnungen (Stomata) für einen verbesserten Gaswechsel und sorgen dafür, dass sich Chloroplasten innerhalb der Zellen optimal zum einfallenden Licht positionieren. Auch sie reagieren auf Blaulicht, aktivieren aber eine andere Signalkaskade als Cryptochrome.

Rot- und Fernrot-Kanal

Rotes Licht wirkt hauptsächlich auf Phytochrome, wobei das Verhältnis zwischen Rot und Fernrot eine entscheidene Rolle spielt.

Phytochrome, die Rot- und Fernrotlichtrezeptoren, bilden ein reversibles System: Pr absorbiert Rot (~660 nm), wird zu Pfr; Pfr absorbiert Fernrot (~730 nm), wird zurück zu Pr. Dieses R/FR-System dient als molekularer Licht-Resonanzschalter. Ein hohes R/FR-Verhältnis signalisiert günstiges Lichtverhältnis und kann Blütenbildung fördern. Ein niedriges Verhältnis – oft im Schatten – löst beispielsweise Streckung aus, damit die Pflanze dem Licht entgegenwächst. Dieses System steuert Keimung, Blattentwicklung, Blütezeitpunkte und Anpassungen an die Saison.