Unter den Pflanzen gibt es zahlreiche
Arten, die zur Erlangung der Blühfähigkeit auf bestimmte Tageslängen
während ihrer Entwicklung angewiesen sind. Man unterscheidet zwischen
Kurztagpflanzen (KTP) und Langtagpflanzen (LTP). Entscheidend ist die ,,kritische
Tägeslänge". Sie liegt zumeist zwischen 10 und 14 Stunden.
Bei den Kurztagpflanzen darf die tägliche Belichtungszeit die kritische
Tageslänge nicht überschreiten, wenn sie zum Blühen kommen sollen. Sie benötigen
eine entsprechend lange ununterbrochene Dunkelperiode. Wird die Dunkelperiode
durch ein Störlicht unterbrochen, blühen sie nicht. Bei den Langtagpflanzen
muß die tägliche Belichtungsdauer länger als die kritische
Tageslänge sein. Wird bei ihnen eine an sich zu lange Dunkelperiode
durch ein Störlicht unterbrochen, kann dies den kontinuierlichen Langtag
ersetzen. Langtagpflanzen blühen auch im Dauerlicht. Die Reizwirkung
wird durch das Phytochromsystem vermittelt. Diese Abhängigkeit der
Blühfähigkeit von der Lichtperiode heißt Photoperiodismus.
Pflanzen höherer geographischer Breiten mit dem sommerlichen Langtag
sind vorwiegend Langtagpflanzen. Tropenpflanzen dagegen sind entweder Kurztagpflanzen
oder tagneutral. Langtagpflanzen kommen in der relativ kurzen Tageslänge
der Tropen nicht zum Blühen. Umgekehrt blühen die tropischen Kurztagpflanzen
nicht im Langtag unseres Sommers. Man kann sie aber in unseren Gewächshäusern
im Winter zum Blühen bringen, wie z.B. den aus Zentralamerika stammenden
Weihnachtsstern. Tagneutrale Pflanzen sind von der Tageslänge unabhängig
und kommen deshalb in verschiedenen Breiten zur Blüte. Viele weltweit
verbreitete Kräuter wie Hirtentäschel und Vogelmiere sind tagneutrale
Pflanzen. Bekommt die Pflanze aber nur sehr wenig oder sogar überhaupt kein
Licht, dann entwickelt sie keine Blätter.
Grund dafür ist der Umstand, dass die Blätter ohne Lichteinfluss
nicht für die Photosynthese gebraucht werden können. Daher bleibt
die Pflanze weiss. Die Stengel hingegen sind sehr lang, weil die Pflanze versucht
möglichst schnell zum Licht zu wachsen (evt. muss ein Hindernis umgangen
werden). Hier spricht man von der sogenannten Etiolierung.
Phytochromsystem
 Bei
einer Reihe von Pflanzen ist die Samenkeimung vom Licht abhängig. Die
Samen der Lichtkeimer, z.B. Kopfsalat, Fingerhut und Tabak, keimen nur dann
aus, wenn sie in gequollenem Zustand Licht erhalten. Die Dunhelkeimer dagegen,
z.B. Fuchsschwanz und Kürbis, keimen nur bei Dunkelheit. Die Suche
nach den wirksamen Wellenlängen des Lichts bei der Keimung erbrachte,
dass die Keimung der Lichtkeimer durch hellrotes Licht (HR) gefördert
und durch dunkelrotes Licht (DR) gehemmt wird. Die fördernde Wirkung
von HR kann durch anschließende Bestrahlung mit DR wieder aufgehoben,
durch erneute HR-Anwendung aber wieder hervorgerufen werden usw. Entscheidend
ist, welche Lichtqualität zuletzt geboten wird. Das natürliche Licht, dem die Samen bei der Keimung ausgesetzt sind,
enthält zu etwa gleichen Teilen sowohl HR als auch DR. Die Wirkung
des HR-Anteils des Tageslichts übertrifft aber die Wirkung des DR-Anteils.
Daraus erklärt sich die übereinstimmende fördernde Wirkung
von Tageslicht und Hellrot bei Lichtkeimern. Die hemmende Wirkung auf die
Dunkelkeimer ist noch nicht eindeutig erklärbar.
Die Lichtabsorption bei diesen Vorgängen findet in einem Pigment statt,
dem Phytochrom. Die inaktive Form, das P680, hat ihr Absorptionsmaximum
bei 680 nm. Durch Bestrahlung mit HR mit der Wellenlänge um 680 nm
wird es in die aktive Form, das P720, verwandelt. Als solches fördert
es die Keimung der Lichtkeimer. Bestrahlung mit DR um 720 nm führt
das aktive Phytochrom wieder in die inaktive Form zurück. Auch in Dunkelheit
wandelt sich das P720 allmählich wieder in P680 um. Dieses reversible
Hellrot-Dunkelrot-Pigmentsystem nennt man auch kurz Phytochromsystern. Auch
andere lichtabhängige Vorgänge in der Planze wie z.B. Photoperiodismus
werden hierdurch gesteuert.
Die Erklärung des Wirkungsmechanismus des Phytochroms hat derzeit noch
hypothetischen Charakter. Nach der Hypothese der difterentiellen Genaktivierung
bewirkt P720 die Expression von Genen und damit die Anschaltung von Stoffwechselwegen.
Die Membranhypothese nimmt dagegen eine selektive Steuerung der Membranpermeabilität
für bestimmte Stoffe durch P720 an. |
