Viele blühende Pflanzen (Angiospermen) verwenden ein Photorezeptorprotein, wie z. B. Phytochrom oder Cryptochrom, um jahreszeitliche Veränderungen der Nachtlänge oder Photoperiode wahrzunehmen, die sie als Signal zur Blüte nehmen. In einer weiteren Unterteilung benötigen obligat photoperiodische Pflanzen unbedingt eine ausreichend lange oder kurze Nacht, bevor sie blühen, während fakultativ photoperiodische Pflanzen eher unter einer Bedingung blühen.
Phytochrom gibt es in zwei Formen: Pr und Pfr. Rotes Licht (das tagsüber vorhanden ist) wandelt Phytochrom in seine aktive Form (pfr) um. Dadurch wird die Pflanze zum Wachstum angeregt. Rotes Licht im Schatten oder in der Dunkelheit wiederum wandelt das Phytochrom von pfr in pr um. Pr ist die inaktive Form des Phytochroms und ermöglicht kein Pflanzenwachstum. Dieses System der Umwandlung von Pfr in Pr ermöglicht es der Pflanze, zu erkennen, wann es Nacht und wann es Tag ist. Pfr kann auch wieder in Pr umgewandelt werden, und zwar durch einen Prozess, der als Dark Reversion bekannt ist und bei dem lange Perioden der Dunkelheit die Umwandlung von Pfr auslösen. Dies ist im Hinblick auf die Blüte von Pflanzen wichtig. Experimente von Halliday et al. zeigten, dass Manipulationen des Verhältnisses von Rot zu Fernrot bei Arabidopsis die Blüte verändern können. Sie entdeckten, dass Pflanzen zu einer späteren Blüte neigen, wenn sie mehr rotem Licht ausgesetzt sind, was beweist, dass rotes Licht die Blüte hemmt. Andere Experimente haben dies bewiesen, indem sie die Pflanzen mitten in der Nacht zusätzlichem Rotlicht aussetzten. Eine Kurztagspflanze blüht nicht, wenn das Licht mitten in der Nacht für ein paar Minuten eingeschaltet wird, und eine Langtagspflanze kann blühen, wenn sie mitten in der Nacht mehr rotem Licht ausgesetzt wird.
Kryptochrome sind eine weitere Art von Photorezeptoren, die für den Photoperiodismus wichtig sind. Cryptochrome absorbieren blaues Licht und UV-A. Kryptochrome steuern die zirkadiane Uhr nach dem Licht. Es wurde festgestellt, dass sowohl die Häufigkeit von Cryptochromen als auch von Phytochromen vom Licht abhängt und dass sich die Menge an Cryptochromen in Abhängigkeit von der Tageslänge ändern kann. Dies zeigt, wie wichtig beide Photorezeptoren für die Bestimmung der Tageslänge sind.
1920 veröffentlichten W. W. Garner und H. A. Allard ihre Entdeckungen über den Photoperiodismus und waren der Meinung, dass die Länge des Tageslichts entscheidend sei, aber später wurde entdeckt, dass die Länge der Nacht der entscheidende Faktor war. Photoperiodische blühende Pflanzen werden als Langtags- oder Kurztagspflanzen klassifiziert, obwohl die Nacht der entscheidende Faktor ist, weil das Tageslicht anfangs als der entscheidende Faktor missverstanden wurde. Neben den Langtags- und Kurztagspflanzen gibt es auch Pflanzen, die in eine „Doppeltagskategorie“ fallen. Diese Pflanzen sind entweder Lang-Kurz-Tag-Pflanzen (LSDP) oder Kurz-Lang-Tag-Pflanzen (SLDP). LSDPs blühen nach einer Reihe von langen Tagen, gefolgt von kurzen Tagen, während SLDPs nach einer Reihe von kurzen Tagen, gefolgt von langen Tagen, blühen. Jede Pflanze hat eine unterschiedlich lange kritische Photoperiode oder kritische Nachtlänge.
Moderne Biologen gehen davon aus, dass es das Zusammentreffen der aktiven Formen von Phytochrom oder Cryptochrom, die durch das Licht während des Tages erzeugt werden, mit den Rhythmen der zirkadianen Uhr ist, das es den Pflanzen ermöglicht, die Länge der Nacht zu messen. Abgesehen von der Blüte umfasst der Photoperiodismus bei Pflanzen auch das Wachstum von Stängeln oder Wurzeln während bestimmter Jahreszeiten und den Verlust von Blättern. Künstliche Beleuchtung kann verwendet werden, um besonders lange Tage zu erzeugen.
LangtagpflanzenBearbeiten
Langtagpflanzen blühen, wenn die Nachtlänge unter ihre kritische Photoperiode fällt. Diese Pflanzen blühen typischerweise im späten Frühjahr oder Frühsommer, wenn die Tage länger werden. In der nördlichen Hemisphäre ist der längste Tag des Jahres (Sommersonnenwende) am oder um den 21. Juni. Danach werden die Tage bis zum 21. Dezember (Wintersonnenwende) kürzer (d. h. die Nächte werden länger). Auf der Südhalbkugel ist die Situation umgekehrt (d. h., der längste Tag ist der 21. Dezember und der kürzeste Tag der 21. Juni).
Einige obligate Langtagpflanzen sind:
- Nelke (Dianthus)
- Bilsenkraut (Hyoscyamus)
- Hafer (Avena)
Einige fakultative Langtagpflanzen sind:
- Erbse (Pisum sativum)
- Gerste (Hordeum vulgare)
- Kopfsalat (Lactuca sativa)
- Weizen (Triticum aestivum)
KurztagspflanzenEdit
Kurztagspflanzen blühen, wenn die Nachtlängen ihre kritische Photoperiode überschreiten. Sie können nicht blühen, wenn die Nächte kurz sind oder wenn die Pflanze während der Nacht für einige Minuten mit künstlichem Licht bestrahlt wird; sie benötigen eine kontinuierliche Periode der Dunkelheit, bevor die Blütenentwicklung beginnen kann. Natürliches nächtliches Licht, wie Mondlicht oder Blitze, ist nicht von ausreichender Helligkeit oder Dauer, um die Blüte zu unterbrechen.
Im Allgemeinen blühen Kurztagspflanzen (d.h. Langnachtpflanzen), wenn die Tage kürzer (und die Nächte länger) werden, und zwar nach dem 21. Juni auf der Nordhalbkugel, also im Sommer oder Herbst. Die Länge der Dunkelperiode, die erforderlich ist, um die Blüte auszulösen, ist von Art zu Art und von Sorte zu Sorte unterschiedlich.
Photoperiodismus beeinflusst die Blüte, indem er den Spross veranlasst, Blütenknospen anstelle von Blättern und Seitenknospen zu bilden.
Einige fakultative Kurztagspflanzen sind:
- Kenaf (Hibiscus cannabinus)
- Marihuana (Cannabis)
- Baumwolle (Gossypium)
- Reis (Oryza)
- Jowar (Sorghum bicolor)
- Green Gram (Mungobohne, Vigna radiata)
- Sojabohne (Glycine max)
Tagesneutrale PflanzenBearbeiten
Tagesneutrale Pflanzen wie Gurken, Rosen, Tomaten und Ruderalis (selbstblühendes Cannabis) beginnen ihre Blüte nicht in Abhängigkeit vom Photoperiodismus. Stattdessen können sie die Blüte nach Erreichen eines bestimmten Entwicklungsstadiums oder Alters oder als Reaktion auf alternative Umweltreize wie Vernalisation (eine Periode niedriger Temperatur) einleiten.