Photosynthese bei Cannabis: Wie die Pflanze aus Licht Energie gewinnt

Was bei der Photosynthese passiert

Photosynthese ist der Prozess, mit dem grüne Pflanzenteile Lichtenergie in chemische Energie umwandeln und daraus Kohlenhydrate aufbauen. Bei Cannabis läuft das, wie bei den meisten Kulturpflanzen, in zwei eng gekoppelten Schritten ab. In den Lichtreaktionen der Thylakoidmembran in den Chloroplasten absorbieren Chlorophyll und weitere Pigmente Photonen und nutzen deren Energie, um daraus die energiereichen Verbindungen ATP und NADPH herzustellen; als Nebenprodukt entsteht Sauerstoff aus gespaltenem Wasser.

Im Calvin-Zyklus, der im Stroma der Chloroplasten abläuft, wird diese Energie anschließend verwendet: Das Enzym RuBisCO fixiert CO2 aus der Luft an ein Zuckergerüst, woraus über mehrere Zwischenschritte die Bausteine für Glukose und andere Kohlenhydrate entstehen. Weil das erste stabile Produkt dieser Fixierung ein Molekül mit drei Kohlenstoffatomen ist, zählt Cannabis zu den sogenannten C3-Pflanzen – anders als etwa Mais, der zusätzliche Mechanismen zur CO2-Anreicherung besitzt. Bei hohen Temperaturen reagiert RuBisCO vermehrt auch mit Sauerstoff statt CO2, was die Effizienz der Photosynthese senkt; dieser Nebenreaktion wird in der Fachliteratur meist mit ausreichender CO2-Versorgung und moderaten Temperaturen begegnet.

Welches Licht zählt: PAR statt Lux

Nicht jedes sichtbare Licht treibt die Photosynthese gleich gut an. Messungen an Kulturpflanzen zeigten schon in den 1970er-Jahren, dass Photonen zwischen 400 und 700 nm die Photosynthese antreiben – dieser Bereich heißt photosynthetisch aktive Strahlung, kurz PAR. Weil die Photosynthese pro absorbiertem Photon abläuft und nicht von der Energie in Watt abhängt, wird Pflanzenlicht als Photonenzahl gemessen, üblicherweise als PPFD in µmol pro Quadratmeter und Sekunde.

Für die Praxis zählt zusätzlich die Tagessumme: Wie viele Photonen eine Pflanze insgesamt an einem Tag erhält, beschreibt die DLI. Lux dagegen ist für Pflanzenlicht ungeeignet, weil diese Einheit Licht nach der Empfindlichkeit des menschlichen Auges gewichtet und grünes Licht dadurch überbewertet, blaues und rotes Licht dagegen unterschätzt.

Wie Licht, Temperatur und CO2 zusammenwirken

Photosynthese reagiert nicht auf einen einzelnen Faktor, sondern auf das Zusammenspiel mehrerer Größen. In Gaswechselmessungen an Cannabis stieg die Photosyntheserate bei kühleren Temperaturen von 20 bis 25 °C mit zunehmender Lichtstärke kontinuierlich an; bei 30 °C stieg sie nur bis etwa 1.500 µmol/m²/s PPFD und sank bei noch mehr Licht wieder. Oberhalb dieser Kombination limitierten offenbar andere Faktoren als reines Licht die Photosynthese.

CO2 wirkte in derselben Untersuchung deutlich: Bei einer auf 250 ppm abgesenkten CO2-Konzentration sank die Photosyntheserate gegenüber normaler Umgebungsluft (rund 350 ppm) um etwa die Hälfte, während eine Anreicherung auf 750 ppm sie um rund 50 % steigerte. Eine Untersuchung an Hanf bestätigte zudem, dass die Photosyntheserate mit der Blatttemperatur zunächst zunimmt, sich zwischen etwa 25 und 35 °C einpendelt und darüber wieder abnimmt – dort setzte auch der Blattstickstoffgehalt der maximal möglichen Rate eine Grenze. Wie viel PPFD in Wachstum und Blüte praktisch sinnvoll ist, ordnen die Artikel zu Licht-Grundlagen und zur einzelnen Wachstumsphase ein; diese Studien zeigen vor allem, dass sehr hohe Lichtstärken ohne passende Temperatur und CO2-Versorgung ihren Nutzen verlieren.

Von der Blattebene zur ganzen Pflanze

Was im einzelnen Blatt gemessen wird, überträgt sich nicht eins zu eins auf die ganze Pflanze. CO2 gelangt über die Spaltöffnungen der Blätter ins Gewebe; dieselben Öffnungen lassen zugleich Wasserdampf entweichen, weshalb Photosynthese und Wasserverlust über die Transpiration eng verknüpft sind. Wie das aufgenommene Wasser dafür überhaupt bis ins Blatt gelangt, beschreibt der Artikel zum Wassertransport im Xylem.

Innerhalb eines dichten Blätterdachs bekommen zudem nicht alle Blätter gleich viel Licht: Obere Blätter beschatten untere, wodurch deren Photosyntheseleistung sinkt, obwohl sich an den Umgebungsbedingungen nichts ändert. Das erklärt mit, warum stark beschattete, alte Blätter irgendwann kaum noch zur Versorgung der Pflanze beitragen und warum eine gleichmäßige Lichtverteilung über die gesamte Anbaufläche mehr bringt als punktuell sehr hohe Werte an der Spitze.

Typische Fehler und Missverständnisse

• Lichtstärke immer weiter erhöhen. Ohne passende Temperatur und CO2-Versorgung bringt zusätzliches Licht oberhalb eines sortenabhängigen Punkts kaum noch mehr Photosynthese, aber mehr Wärme und Stromkosten.

• Lux statt PPFD als Maßstab nehmen. Lux beschreibt, wie hell Licht dem menschlichen Auge erscheint, nicht wie viele photosynthetisch nutzbare Photonen ankommen.

• CO2-Anreicherung in einem undichten Raum erwarten. Zusätzliches CO2 wirkt nur in einem ausreichend geschlossenen Raum; in offenen Setups entweicht es, bevor die Pflanze es nutzen kann.

• Photosynthese und Wachstum gleichsetzen. Photosynthese liefert die Bausteine fürs Wachstum, wie viel davon tatsächlich in neue Blätter oder Blüten fließt, hängt zusätzlich von Nährstoffen, Wurzelraum und Entwicklungsphase ab.

• Nur die obersten Blätter als Maßstab nehmen. Weil untere Blätter im Blätterdach beschattet werden, sagt die Lichtstärke an der Spitze wenig darüber aus, wie viel Photosynthese die Pflanze insgesamt leistet.