Licht effecten en plant responsen

Transcriptie

1 Licht effecten en plant responsen Tom Dueck, Wageningen UR Glastuinbouw Lezing DLV, Wageningen, 29 juni 2009

2 Wat is licht?

3 Canadese noorderlicht

4 Inhoud Wat is licht? Het spectrum (in de tijd) Invloeden van licht chloroplasten huidmondjes assimilaten verdeling morfologie Diffuus Licht: een experiment Lopende experimenten

5 1. Wat is licht? Energie pakketjes (fotonen) Licht komt in verschillende golflengtes (kleuren), die wij en planten kunnen zien Licht komt in golflengtes tussen nm

6 Fotonen Licht = straling, ook deeltjes of pakketje energie Dit heet een foton of quantum (1 mol = 1 x fotonen) 1 mol geabsorbeerd fotonen zet 1 mol CO 2 om (1% regel) Fotonen van verschillende kleur hebben verschillende energie inhoud

7 Wat is straling en licht?

8 Straling & golflengte Golflengte is afstand tussen 2 toppen (of 2 dalen)

9 Soorten straling (met golflengte) radio magnetron IR licht UV rontgen gamma

10 Afkortingen PAR = Photosynthetic Active Radiation energie inhoud licht tussen 400 en 700 nm (W/m) PPFD = Photosynthetic photon flux density aantal fotonen tussen 400 en 700 nm ( mol/m 2/ s) nm = nanometer = 1 miljardste meter (10 9 m) 1 mol = vast aantal deeltjes (6*10 23 ) mol = micromol = 1miljoenste mol (10 6 mol)

11 Zonlichtspectrum Straling UV C UV B UV A VIS IR A IR B IR C Golflengte << 290 nm nm nm nm nm nm nm Opmerking Komt niet aan op aarde <300 nm komt niet aan op aarde Paars, blauw, groen, geel, oranje, rood Nabij infrarood NIR Ver infrarood VIR

12 Welke golflengtes ziet een plant? Gemiddelde plantgevoeligheid (McCree, 1972) PAR blauw rood verrood

13 Planten gebruiken licht voor twee dingen: Groei (fotosynthese) Groeilicht PAR, hele spectrum ( nm) Lichtintensiteit, duur, lichtsom Ontwikkeling (fotomorfogenese) Stuurlicht Deel PAR ( nm/uv, violet, blauw; nm/rood; nm/verrood Lichtkleur, daglengte

14 2. Spectrum (in de tijd) Wanneer moleculen (lucht) of partikelen (stof) klein zijn i.r.t. golflengte (van licht) verstrooien ze het licht beter Lucht verstrooit licht (blauw, violet) 3 4x beter dan rood licht, ergo blauwe lucht (menselijk oog is gevoeliger voor blauw dan voor violet)

15 Spectrum gedurende de dag 12 uur (90 ) licht gaat door relatief weinig lucht/stof 17 uur (kleinere hoek) licht gaat door meer lucht/stof; verstrooit violet/blauw, dus meer rood bereikt aarde

16 Spectrum winter/zomer Aarde 23 t.o.v. zon Winter zon nog lager aan horizon, dus dag effect vergroot Intensiteit wordt verlaagd UV en violet bijna helemaal uitgefilterd

17 Spectrum en schermen Op specifieke schermen na (NIR scherm) wordt spectrum niet beïnvloedt

18 3. Licht en chloroplasten Licht wordt geabsorbeerd door chlorofyl Niet geabsorbeerde kleur = reflectie + transmissie

19 Actieve golflengten? Licht geabsorbeerd in pigmenten in chloroplast: chlorofyl a en b, carotenoïden Chlorofyl a,b: beide fotosynthetisch actief Carotenoïden: fotoprotectie, anti oxidant Actiespectrum = λchla + λchlb Fotosynthetisch actieve golflengte? Violet blauw en rood Groen wordt niet direct geabsorbeerd Absorptie van chlorofyl a (groen) en b (rood)

20 Fotosynthese Chloroplast Plaats voor fotosynthese Chloroplasten in alle groene plantendelen 0,5 miljoen chloroplasten/mm chloroplasten/mesofylcel

21 Fotosynthese: lichtenergie chemische energie Chloroplast combineert de twee stadia van de fotosynthese Gebruikt licht Maakt suikers Reactiecentra: thylakoiden (PSI) en stroma (PSII)

22 Fotosynthese Bruto reactieformule: 6 CO H 2 O + licht C 6 H 12 O H 2 O + O 2 Lichtreactie: opvangen van licht, splitsing water, omzetten in bruikbare energie Donkerreactie: met energie wordt CO 2 omgezet in suikers Groei: suikers worden omgezet in bouwstoffen

23 4. Licht en huidmondjes Fotosynthese in het licht, dus CO2 opname nodig In het donker: huidmondjes dicht (C3, C4 planten), open (CAM planten) In het licht: andersom

24 Fotosynthesecapaciteit bij start belichting 30 Netto fotosynthese (µmol m-2 s-1) lampen aan 0 0:00 1:00 2:00 3:00 tijdstip van de dag (uur:min)

25 Lichtrespons curve 30 fotosynthese µmol CO 2 /m 2 /s eindniveau CO 2 afhankelijk deel lichtafhankelijk deel lichtcompensatie punt -10 Lichtintensiteit (µmol/m 2 /s) licht sterkte

26 Interactie licht en CO 2 40 fotosynthese Photosynthesis rate (µmol CO2/m2/s) ppm 580 ppm 380 ppm ppm 580 ppm 780 ppm -10 Light intensity (µmol PAR/m2/s) lichtintensiteit

27 5. Licht & Assimilatenverdeling = verdeling van de groei over de verschillende organen aan de plant (wortels, bladeren, stengels, bloemen/vruchten) Niet constant Belangrijk voor de opbrengst Balans vegetatief/generatief

28 Verdeling van de assimilaten: wat speelt een rol? Aanmaak licht gedreven (hoeveel is er te verdelen?) Transportafstand Sinks temperatuur gedreven (groeiende organen)

29 Effect van aanmaak op verdeling assimilaten in komkommer (korte termijn: 4 dagen) Groeisnelheid ( g per dag) Fractie naar de vruchten Lichtniveau (%)

30 Effect van aanmaak op verdeling assimilaten in komkommer (lange termijn: 60 dagen) Aantal vruchten Lichtniveau (%) Fractie naar de vruchten

31 Sinksterkte = vraag naar assimilaten Sinksterkte strength van of a een fruitvrucht f i = S i / ΣSS Sinksterkte strength (g per (g/day) dag) Days Dagen after naanthesis bloei f i = fractie assimilaten toebedeeld aan orgaan i S i = sinksterkte van orgaan i (vraag naar assimilaten) ΣSS = totale sinksterkte van alle organen

32 Sturen assimilatenverdeling: jong blad plukken Groter deel van de suikers gaat naar de vruchten (vrucht : blad verhouding is hoger) Maar: Minder bladoppervlak (LAI) en daarom misschien minder groei en opbrengst

33 Vruchten krijgen : 3 3 = 0.5 = 0.6 ( ) (3+1+1) Plaatje concurrentievoordeel (mijn artikel Onder Glas) Gele getallen = vraag naar assimilaten

34 Blad plukken bij Anthurium Altijd 3 volgroeide bladeren per plant Behandeling Cyclus Bloem bladsnoei duur gewicht (g) Oud blad Jong blad Bron: N. Garcia

35 6. Licht en morfologie Zonneblad (dik, veel cellagen) Schaduwblad (dun, weinig cellagen)

36 Aanpassing aan lichtintensiteit fotosynthese Grotere fotosynthese fabriek Kleinere fotosynthese fabriek licht intensiteit

37 Aanpassing aan lagere lichtintensiteit? Een blad ontwikkeld onder veel licht > hoge fotosynthese capaciteit Komt datzelfde blad onderin het gewas > blijft de capaciteit gehandhaafd >beperkt door licht tekort Dus meer licht onderin zou moeten leiden tot meer fotosynthese

38 7. Diffuus licht: een experiment Winter: 80% diffuus licht Zomer: 60% diffuus licht Voordelen: Gelijkmatig licht (geen slagschaduw) Beter lichtdoordringing in het gewas Minder kans op lichtverzadiging Milder micro klimaat

39 Diffuus Licht hoe ziet dat eruit? Bepaalde kasdekmaterialen kunnen licht verstrooien, waardoor direct licht omgezet wordt in diffuus licht 50% 0% Haze

40 Theorie Komkommer - Voorjaarsteelt Jaarbasis: PAR Fotosynthese (MJ m -2 ) PAR Fotosynthese (MJ m -2 ) Gewas fotosynthese % Productie % kg/m2 Natuurlijk Licht Diffuus Licht op basis van traditioneel teelt

41 Experiment in Bleiswijk Controle Laag diffuus Hoog diffuus Haze 0% 30% 70% Transmissie 83% 83% 80%

42 Eerste teelt 15 febr tot 20 juli Kasklimaat Gewasgroei Gewasfysiologie Productie

43 Kas(micro)klimaat Zonnig - Controle RH(%) Temp( 0 C) Uren ( June 9-10) RH-laag RH-hoog Temp-laag Temp-hoog 0

44 Kasklimaat zonnige dagen, bovenin het gewas Controle Temperatuur ( C) 29.8 Vochtigheid (%) 59.2 Laag diffuus Hoog diffuus

45 Gewasfysiologie blad temp, zonnige dag Kop Bovenin het gewas Onderin het gewas Controle Laag diffuus Hoog diffuus

46 Gewasgroei blad Bladontwik. (#/wk) LAI (m2/m2) SLA (cm2/g) Controle Laag diffuus Hoog diffuus

47 Lichtinterceptie 120 Licht interceptie (%) controle laag diffuus hoog diffuus Afstand van top gewas (cm)

48 Gewasfysiologie fotosynthesecapaciteit Netto fotosynthese, (µmol/m2/s) Diffuus, boven Diffuus, onder Controle, boven Controle, onder Licht op blad (µmol PAR/m2/s)

49 Productie uitgroeiduur Controle Wk (dgn) 15.5 Wk (dgn) 16.3 Laag diffuus Hoog diffuus

50 Productie 75 Cumulatief productie (kg/m2) % +6.5% Hoog diffuus Laag diffuus Controle Weeks

51 Overzicht productie Vrucht gewicht (g) Productie (kg/m2) Productie (#/m2) Controle Laag diffuus (6.5%) (+3.5%) Hoog diffuus (9.2%) (+5.2%)

52 Conclusies Diffuus licht resulteerde in: Gematigde kasklimaat Verandering in gewasmorfologie Meer lichtonderschepping onderin het gewas Verhoging fotosynthese onderin het gewas Hogere diffusiteit kasdek > hogere productie Effectiviteit hoogste bij zonnige dagen

53 8. Lopende experimenten Is een mol LEDs = een mol SON T? Tussenbelichting in komkommer LEDs (bij v/d Kaaij, Dingemans, Hartmans, Zuurbier) Absorptie curve voor tomaat, roos en komkommer (McCree curve) Teeltversnelling Phalaenopsis

54 Bedankt voor uw aandacht Wageningen UR

55 Licht in de tuinbouw in de toekomst? Intelligent kasdek Hoge transmissie Kleur op bestelling Warmtestraling scheiden van PAR straling op bestelling Intelligente assimilatiebelichting Optimalisatie PAR per kwh: kan zijn meer PPFD in mol m 2 s 1 maar minder Lux! Warmtestraling scheiden van PAR straling op bestelling Toepassing van LED s als assimilatiebelichting