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Drei Sekunden Mondschein oder fünf Minuten des Lichts einer mondlosen, sternklaren Nacht können die Keimung von Pflanzensamen auslösen. Zwar können Samen nur in einer Phase erhöhter Lichtempfindlichkeit derart geringe Helligkeiten zum Austreiben nutzen. Dennoch genügt das, um den Erfolg nächtlicher Bearbeitungen von Gemüse- oder Getreideäckern in Frage zu stellen, die zu dem Zweck erfolgen, daß kein Sonnenstrahl auf Unkrautsamen fällt. Umweltbewußten Landwirten empfiehlt Prof. Dr. Karl M. Hartmann vom Institut für Botanik und Pharmazeutische Biologie der Universität Erlangen-Nürnberg daher, ihre Bodenbearbeitungsmaschinen mit Lichtabschirmungen zu versehen.
Ökologische Ziele, Verbraucherwünsche und landwirtschaftliches Interesse ließen sich vereinbaren, wenn Ackerwildkräuter ohne Herbizide unter Kontrolle gehalten werden könnten. Seit mehr als 15 Jahren prüft Prof. Hartmann, inwieweit Kenntnisse über die Rolle des Lichts bei der Pflanzenkeimung dafür verwertbar sind. Zur photobiologischen Unkrautbekämpfung fanden ab 1981 mehrjährige Feldversuche statt, bei denen Ackerstücke teils um die Mittagszeit, teils nach Sonnenuntergang bearbeitet wurden. Tagsüber fällt beim Um- und Aufgraben Licht auf tiefer im Erdreich verborgene Samenbänke von Wildkräutern und setzt deren Keimung in Gang; die Feldarbeit in der Dunkelheit sollte dies vermeiden.
Tatsächlich konnte durch dreifach wiederholte Nachtbearbeitung die Unkrautdeckung auf fünf Prozent der tagsüber bearbeiteten Kontrollfläche gesenkt werden. Langfristig aber räumen die unerwünschten Konkurrenten der Nutzpflanzen nicht so leicht das Feld. Einige Arten und Rassen sind nämlich Dunkelkeimer oder vermehren sich über Wurzelausläufer und haben den Lichtreiz nicht nötig. Ein Teil der Samen liegt zudem nur bis zu einem Zentimeter unter der Oberfläche, wohin die Photonen des Tageslichts in ausreichender Stärke vordringen. In tieferen Schichten sammeln sich über mehrere Jahre hinweg Unkrautsamen an, die auf günstige Bedingungen warten und bei der Feldarbeit nach oben befördert werden können.
Salat mit Kälteschock
Hinzu kommt, daß auch nächtliches Licht unter bestimmten Umständen die Keimung auslösen kann, so daß Nachtarbeit auf dem Acker den Sinn verliert. Dies hängt von der Photosensibilität der Samen ab, ihrem jeweiligen Zustand im jährlichen Zyklus von Keimungs- und Ruhephasen. Seit Herbst 1997 wurden dazu auf dem Dach des Erlanger Biologikums Versuchsreihen durchgeführt, um Mitternacht bei Vollmond, in klaren Neumondnächten und bei bedecktem Himmel.
Für diese Versuche setzten die Botaniker die Früchte von Salatpflanzen ein. Die einsamigen Schließfrüchte, Achänen genannt, wurden in unterschiedlicher Weise vorbehandelt. Diejenigen, deren Lichtempfindlichkeit gesteigert werden sollte, kamen in die Kühlkammer: sechseinhalb Tage bei 4° Celsius. Andere wurden nur in geringerem Maße oder gar nicht sensibilisiert. Alle Achänen hatten jedoch zu Anfang eine Bestrahlung mit dunkelrotem Licht und eine eintägige Wärmebehandlung bei 35°C durchlaufen, wie sie beim Ausfallen reifer Samen im Sommer auf einem Acker vorkommt. Dadurch wird die Fähigkeit sonnengereifter Samen zur Dunkelkeimung unterbunden. Keimung ohne Lichteinwirkung hätte den Reaktionsbereich eingeschränkt.
Diese ansonsten sorgfältig lichtabgeschirmten Achänen wurden, in Wasser oder Nährsalzlösung, den unterschiedlichen nächtlichen Lichtbedingungen für genau bemessene Zeiten ausgesetzt. Nach zwei weiteren Tagen im Dunkeln wurden die Keimlinge gezählt. Die gesteigerte Lichtempfindlichkeit bestimmte die Wirkung: sensitivierte Achänen reagierten um das Hunderttausendfache stärker auf Lichteinfall als unsensitivierte. Eine Sekunde Vollmondlicht oder 40 Sekunden einer klaren, mondlosen Sternennacht brachten hier bereits die Hälfte der möglichen Keimlinge zur Entwicklung; bei Neumond genügte sogar die Reflexion der Stadtbeleuchtung am bewölkten Himmel zur Keimung. Geringer sensitivierte Samen produzierten entsprechend weniger Keimlinge. Nur diejenigen, die keine Kältebehandlung erhalten hatten, waren durch Nachtlicht überhaupt nicht zur Entwicklung zu bringen. Zwei Stunden in vollem Mondschein ließen keine einzige Wurzel austreiben.
Intensität des Lichts
Der Vergleich zwischen den Salatpflänzchen, die auf so künstliche Weise zum Wachstum stimuliert wurden, und Wildkräutern auf dem Acker ist erlaubt, denn auch deren Samen können hoch lichtempfindlich sein. Die Ursachen liegen in den Phytochromen, sehr großen, komplex aufgebauten, blaugrün gefärbten pflanzlichen Eiweißmolekülen, die lichtabhängige Entwicklungsprozesse steuern. Zwei Typen solcher Phytochrome, A und B benannt, bilden bei Belichtung ihre aktive Form, die die Keimung in Gang setzt. Aktives Phytochrom B wird jedoch nur durch schwaches Tageslicht in ausreichender Menge gebildet ("low fluence response"); zur Bildung von aktivem Phytochrom A genügt das Nachtlicht ("very low fluence response"). Manche Umweltbedingungen - wie anhaltende kühle Temperaturen - erhöhen bei Frühjahrskeimern den Fundus an Phytochrom A und damit die Lichtempfindlichkeit solcher Samen.
Die Unkraut-Samenbank einer landwirtschaftlichen Nutzfläche kann Samen sehr unterschiedlicher Sensitivität enthalten, aber auch - je nach Temperaturverlauf, Feuchtigkeit, Bodenbeschaffenheit und -durchlüftung - recht homogen sein. Der Zeitpunkt des Düngereinsatzes spielt beim Keimen von Wildkräutern ebenfalls eine Rolle, wie Studien des Erlanger Botanik-Instituts an geruchloser Ackerkamille und Ackerhellerkraut gezeigt haben.
Für die nächtliche Bodenbearbeitung als Alternative zum Einsatz chemischer Mittel gilt, daß entweder mondlose Nächte bei bedecktem Himmel oder - sofern bekannt - Ruhezeiten mit geringer Lichtempfindlichkeit der Unkrautsamen gewählt werden sollten. Lichtabschirmungen für die Bodenbearbeitungszone bieten ebenfalls eine Lösung und könnten auch tagsüber eingesetzt werden. Bei strahlender Mittagssonne allerdings reicht - zumindest theoretisch - zur Auslösung der Keimung sensitiver Samen der millionste Bruchteil der Zeit, die bei Vollmondlicht benötigt wird.
gp
* Kontakt:
Prof. Dr. Karl M. Hartmann
Institut für Botanik und Pharmazeutische Biologie
Staudtstraße 5, 91058 Erlangen, Tel.: 09131/85 -28224
FAU-Pressestelle, Redaktion Forschung, Gertraud Pickel M.A., Tel.: 09131/85 -24036, 26167
Criteria of this press release:
Biology, Environment / ecology, Information technology, Oceanology / climate, Zoology / agricultural and forest sciences
transregional, national
Research projects
German
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