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Einfluß von LEDs auf die Vermehrung von Orchideen-Gewebekulturen

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Einleitung

Orchidaceae Juss. ist eine der größten und faszinierendsten Bedecktsamer, die weltweit mehr als 800 Gattungen mit mehr als 25.000 Spezien umfaßt. In der Natur wachsen Orchideen sehr langsam. Es braucht Jahre, um ein blühendes Exemplar zu erhalten. In freier Wildbahn ist die Mehrzahl der Blumen nicht bestäubt, daher können die Samenanlagen nicht befruchtet werden und als Folge werden Samenkapseln mit lebensfähigen Samen nur selten gebildet. Außerdem wird das Wachstum und die Entwicklung von Orchideen deutlich von klimatischen Bedingungen beeiflußt als auch durch die schützende Vegetations-Blattkronen lokaler Lebensräume, wie dies bei Epiphyten bzw. Aufsitzerpflanzen generell bekannt ist.

Die Rolle des Lichtes während der in vitro Vermehrung von Orchideen

Licht ist ein bedeutender Einflußfaktor für jede photosynthetische Pflanze. Pflanzen nehmen die Bestrahlungsstärke des Lichres, die Lichtwellenlänge und die Lichtdauer wahr. Diese verschiedenen Faktoren sind auch bei der in vitro Vermehrung von Pflanzen von erheblicher Bedeutung. Orchideen werden während der meisten in vitro Vermehrungsphasen häufig mit Licht bestrahlt. Es gibt jedoch auch Fälle, wo die Gewebekulturen unter Dunkelheit gehalten werden müssen. Der Übergang von Dunkelheit zu Licht sollte allmählich erfolgen. Die Auswahl einer geeigneten Lichtquelle für die Orchideenbeleuchtung stellt eine interessante Aufgabe dar: Unter verschiedenen zur Verfügung stehenden Lichtarten stellt weißes fluoreszierendes Licht eine häufig vorzufindene Lichtquelle dar. Weißes fluoreszierendes Licht deckt eine Lichtwellenlängen-Bandbreite von 350 bis 750 nm ab. Jedoch entspricht das maximale Lichtspektrum der fluoreszierenden Lampen nicht den Lichtbedürfnissen der Pflanzen. Diese Bedürfnisse werden durch die Lichtabsorptionsfähigkeit der pflanzlichen Lichtrezeptoren bestimmt, wie beispielsweise Chlorphylle und Karotinoide. In diesem Fall sind wichtige Paramter für die Photosyntheseleistung die Anzahl der photosynthetische Pigmente sowie die Stärke der Photonenbestrahlung. Die optimale Wellenlänge liegt in dem Bereich von 430 bis 450 nm sowie 640 bis 660 nm. Aus diesem Grund stellen LED Lampen die beste Lichtquelle für Orchideen dar, insbesondere Rot- und Blaulicht. LED Lampen werden in zunehmendem Maße eingesetzt, um die Organogenese und Morphogenese von verschiedenen Orchideenarten zu beeinflussen, die in Gewebekulturen herangezogen werden.

LED Lichtanwendungen zur Verbesserung der Orchideen Gewebekulturen

Ein entscheidender Vorteil von LEDs ist die Emission von Licht einer bestimmten Wellenlänge. Moderne LED Pflanzenbeleuchtungssysteme ermöglichen eine dynamische Kontrolle der spektralen Zusammensetzung des emittierten Lichtes. Einige dieser Beleuchtungssysteme können Licht bestimmter Wellenlänge mischen – von Violett, Blau, Grün, Orange, Rot bis Dunkelrot. Sowohl das Lichtspektrum als auch die Photonenflußdichte können in Abhängigkeit von den physiologischen und morphologischen Pflanzenbedürfnissen angepaßt werden. Aus diesem Grund können LED Lampen effizienter als fluoreszierenden Lampen oder Sodium Lampen eingesetzt werden. Außerdem generieren und emittieren LED Lampen keine bzw. nur sehr geringe Wärmestrahlen. Dies ermöglicht es, LED Lampen in der Nähe von Pflanzen anzubringen ohne die Pflanzen einem möglichen Hitzeschaden auszusetzen. Dies sind die Hauptgründe, weshalb LED Lampen erfolgreich bei verschiedenen Pflanzengewebekulturen – Orchideen eingeschlossen – eingesetzt werden. Die folgende Tabelle zeigt, daß fluoreszierenden Lampen durch LED Lampen erfolgreich substituiert werden können.
Art / Sorte
LED Bestrahlung
LED Lichtbedingungen (PPFD) sowie Vergleichslicht
LED Lichtbedingungen (PPFD) sowie Vergleichslicht
„Bletilla ochracea“
(a) Blau (470 nm); (b) Grün (525 nm); (c) Orange (590 nm); (d) Rot (625 nm); (e) Weiß (460 nm und 560 nm)
40 μmol m−2 s−1, 24 h light/0 h Dunkelheit (Dauerlicht); Dunkelheit
Grün- und Orangelicht erzielten die höchste Samenkeimung Häufigkeit. Orange- und Rotlicht stimulierten nachhaltig das Wurzelwachstum. Blätter waren größer unter weißem und blauen LED Licht.
„Calanthe“ / „Weihnachtsorchidee
(a) Rot- (660 nm) und Blaulicht (450 nm); 0.7:1 (b) Rot- (660 nm) und Dunkelrotlicht (730 nm); 1:1.1
20 μmol m−2 s−1, 16 h Licht / 8 h Dunkelheit; Weißes fluoreszierenden Licht
Rotes und blaues LED Licht verbesserten das in vitro Wachstum von Pflanzen, während Rot- und Dunkelrotlicht einen hemmenden Einfluß hatten.
„Cymbidium“
Rot- (660 nm) und Blaulicht (450 nm) im Verhältnis: (a) 1:0; (b) 0:1; (c) 1:1
45 μmol m−2 s−1, 16 h Licht / 8 h Dunkelheit; Weißes fluoreszierenden Licht (40 μmol m−2 s−1 PPFD)
Rotlicht (1:0) stimulierte das Blätterwachstum (inbesondere die Länge der Blätter) und Blaulicht (0:1) förderte den Chlorophyllgehalt.
„Oncidium“
Rot-R (660 nm), Blau-B (455 nm), und Dunkelrot- DR (730 nm) gemischt oder monochromatisch: (a) RBFr; (b) RFr; (c) BFr; (d) RB; (e) R; (f) B
50 μmol m−2 s−1, 16 h Licht / 8 h Dunkelheit; Weißes fluoreszierenden Licht
Dunkelrot gemischt mit Blaulicht und Rotlicht erhöhten bedeutsam das Blätterwachstum, Anzahl der Blätter und Wurzeln, Chlorophyllgehalt und Frisch- und Trockengewicht der Pflanzen.
Rotlicht wird meistens innerhalb der vegetativen Pflanzenwachstumsphase eingesetzt. Es wurde festgestellt, daß monochromatisches Rotlicht das Frisch- und Trockengewicht von Pflanzen erhöhte. Gemäß neuesten Forschungsergebnissen kann die Orchideenvermehrung bedeutend gesteigert werden, wenn grünes LED Licht eingesetzt wird. Grünlicht stimuliert die Samenkeimung von beispielsweise „Bletilla ochracea“ und die Organogenese von zwei „Cymbidium“ Sorten. Außerdem kann Grünlicht zusammen mit Rotlicht die Neubildung von „Cymbidium“ verbessern. Andererseits hat monochromatisches Rot- oder Blaulicht nachteilige Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum. Die Embryogenese von „Doritaneopsis“ kann durch Dunkelrotlicht und Rotlicht stimuliert werden. Die Pflanzenqualität von „Oncidium“ wurde durch eine Mischung von Dunkelrot- und Rotlicht als auch Blau- und Dunkelrotlicht erhöht. Das Wachstum von „Calanthe“ Pflanzen wurde jedoch unter Dunkelrot- und Rotlicht gehemmt. Man hat herausgefunden, daß das Wachstumsverhalten von Orchideen auf Dunkelrotlicht von der Orchideensorte abhängt und dem Verhältnis von Dunkelrot zu anderen Lichtwellenlängen.

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