Cannabis a fotosynteza

Luke Sumpter

Dziennikarz specjalizujący się w konopiach i badacz nauk o zdrowiu

Luke Sumpter

Ostatnia aktualizacja: 29 Maj 2020

Rośliny konopi potrzebują kilku kluczowych czynników zewnętrznych, aby prawidłowo rosnąć. Niezbędne są im składniki odżywcze, które pozwalają budować białka, ściany komórkowe i napędzać liczne procesy biochemiczne. Potrzebują też wody, aby rozpuszczać te związki i transportować je po całej roślinie. Wszystkie te elementy wspierają zdrowy wzrost i rozwój. Główny czynnik napędzający ten wzrost nie znajduje się jednak ani w butelce, ani w kompoście. Pochodzi on ze słońca (lub z mocnego zestawu lamp). Przyjrzyjmy się więc dokładniej temu kluczowemu procesowi.

CZYM JEST FOTOSYNTEZA?

Znaczenie terminu „fotosynteza” kryje się bezpośrednio w samej nazwie. „Foto” oznacza światło, a „synteza” – tworzenie związku organicznego. Rośliny przekształcają zatem światło w energię biochemiczną potrzebną do życia. Jak jednak to robią? Dysponują w tym celu zaskakująco złożoną aparaturą biologiczną. Aby dobrze zrozumieć ten proces, musimy zejść na poziom komórkowy.

Fotosynteza zachodzi głównie w liściach, a dokładniej w wyspecjalizowanych komórkach zwanych miękiszem liściowym (komórkami mezofilu). Tworzą one warstwę tuż pod powierzchnią liścia i odpowiadają za wychwytywanie światła. Zawierają drobne organella – chloroplasty – bogate w barwnik chlorofil, czyli związek nadający roślinom zieloną barwę. Jako barwnik, chlorofil potrafi pochłaniać światło. Rośliny „magazynują” te cząsteczki w ułożonych jak filary strukturach zwanych tylakoidami, a przestrzeń pomiędzy nimi to stroma.

Cały proces przebiega w dwóch głównych etapach: w reakcji zależnej od światła oraz w reakcji niezależnej od światła. Pierwszym krokiem fazy zależnej od światła jest wprowadzenie do liścia dwutlenku węgla (CO₂) i wody (H₂O). CO₂ dostaje się do środka przez niewielkie otworki zwane aparatami szparkowymi (stomatami), a woda transportowana jest z korzeni ku górze przez „rurki” przewodzące – ksylem (drewno) – w procesie transpiracji.

Następnie fotony pochodzące ze słońca (lub z Twoich lamp do uprawy) uderzają w cząsteczki chlorofilu. Elektrony pochłaniają energię i przechodzą w stan „wzbudzony”. Uruchamia to łańcuch reakcji świetlnych, których efektem jest zmagazynowanie energii w postaci ATP (uniwersalnej waluty energetycznej komórki) oraz NADPH (nośnika elektronów). Wszystko to odbywa się w błonie tylakoidów.

Następnie powstałe cząsteczki są wykorzystywane w tzw. cyklu Calvina (czyli w reakcji niezależnej od światła), który zachodzi w stromie chloroplastów. Służą one do „wiązania” dwutlenku węgla i budowy trójwęglowych cząsteczek cukru. Te z kolei łączą się, tworząc naszego słodkiego sprzymierzeńca – glukozę. Ten prosty cukier rośliny wykorzystują jako źródło energii oraz budulec większych, strukturalnych węglowodanów.

Jakość światła: moc, lumeny, PAR i PPFD

Wspomnieliśmy już, dlaczego rośliny potrzebują światła, aby przeprowadzać fotosyntezę. Czy jednak każde źródło światła sprawdza się tak samo dobrze? Odpowiedź brzmi: nie. W większości regionów świata fotony ze słońca w zupełności wystarczają, by napędzać fotosyntezę. Hodowcy indoor muszą jednak zadbać o takie oświetlenie, które dostarczy roślinom dość energii, aby mogły rosnąć zdrowo i bujnie.

Dostępnych jest wiele rodzajów lamp do uprawy indoor, na przykład LED, HID czy świetlówki. Każdy typ ma swoje mocne i słabe strony, ale kluczowym parametrem pozostaje ogólna jakość światła. 

Moc (wattage)

Przy wyborze oświetlenia musisz zwrócić uwagę na moc wyrażoną w watach, czyli ilość pobieranej energii elektrycznej. Jeśli moc będzie zbyt niska, źródło światła nie wytworzy wystarczającej ilości światła do prawidłowego rozwoju roślin. Lampy generujące około 400–600 W/m² zazwyczaj wystarczą, by uzyskać solidne domowe zbiory. Oprawy o mocy powyżej 1000 W na m² potrafią natomiast maksymalnie podkręcić produkcję topów.

Lumen

Hodowcy mogą ocenić jakość światła, korzystając z kilku różnych parametrów. Przede wszystkim do sprawdzenia, ile światła dociera do danego miejsca w przestrzeni uprawowej, można użyć luksomierza. Luks to jednostka określająca liczbę lumenów—czyli ilość światła emitowanego przez źródło—przypadającą na określoną powierzchnię. Luksomierze mierzą wyłącznie to światło, które jest widoczne dla ludzkiego oka, dlatego nie pokazują dokładnie ilości światła realnie dostępnego dla roślin. Mimo to w uprawie domowej w pełni wystarczają, aby zorientować się, ile światła dostają rośliny. Celuj w około 40 000 luksów w fazie wegetatywnej i około 60 000 luksów w fazie kwitnienia.

PAR i PPFD

Luks brzmi przydatnie, ale co jeśli chcesz poznać rzeczywistą „moc wzrostu” konkretnej lampy? Wtedy w grę wchodzi PAR (photosynthetically available radiation – promieniowanie fotosyntetycznie aktywne). To światło z zakresu 400–700 nm, którego rośliny używają do fotosyntezy. Jednostka pomiaru PAR – mikromole na sekundę (μ/mol/s) – informuje hodowcę, ile fotonów z tego zakresu w każdej sekundzie dociera do liści rośliny. Ten parametr nazywa się PPFD (photosynthetic photon flux density – gęstość strumienia fotonów fotosyntetycznych).

PAR można zmierzyć za pomocą miernika PAR. Urządzenia te wykorzystują czujniki wychwytujące światło w zakresie 400–700 nm. Średni PPFD uzyskasz, wykonując odczyty w różnych miejscach powierzchni szczytu roślin (canopy) na tej samej wysokości. Dąż do około 350 μ/mol/s w fazie wegetatywnej oraz 850 μ/mol/s w fazie kwitnienia.

Rzetelni producenci oświetlenia powinni udostępniać te dane. Aby otrzymać wiarygodne informacje o PPFD, upewnij się, że firma podaje odległość między szczytem roślin a źródłem światła, kilka pomiarów, ich średnią oraz stosunek min:max.

OPTIMALNE WARUNKI DLA FOTOSYNTEZY

Natomia­st natężenie światła to nie jedyny czynnik, który potrafi mocno podkręcić tempo fotosyntezy. Badania pokazują, że odpowiednia temperatura oraz poziom dwutlenku węgla również mogą znacząco wzmocnić ten proces.

Fotosynteza opiera się na działaniu szeregu enzymów, które napędzają reakcje biochemiczne. W niskich temperaturach (0–10°C) białka te pracują mało wydajnie, co obniża tempo fotosyntezy i ostatecznie spowalnia wzrost roślin. Z kolei zbyt wysokie temperatury (powyżej 20°C) także zaburzają pracę tych kluczowych enzymów. Najlepiej funkcjonują one w zakresie 10–20°C.

Co ciekawe, wyższe stężenie CO₂ pozwala roślinom marihuany dobrze znosić nieco cieplejsze warunki. Podniesiony poziom gazu, w połączeniu z mocnym oświetleniem, dodatkowo zwiększa wydajność fotosyntezy. Im więcej światła trafia na liść, tym więcej węgla potrzeba, aby przekształcić tę energię w cukry. Jeśli korzystasz z lamp 600W w stosunkowo małej przestrzeni, masz już dość mocy, by sensownie podbić poziom CO₂. Uprawiający mogą zwiększyć jego stężenie do optymalnych 1500–2000 ppm, stosując butle z CO₂. Prostszą metodą jest jednak użycie rozpuszczalnych tabletek dodawanych bezpośrednio do podłoża.

JAK TEMPO FOTOSYNTEZY MOŻE WPŁYWAĆ NA ZAWARTOŚĆ KANNABINOIDÓW

Logiczne wydaje się, że wyższe tempo fotosyntezy pozwala roślinom wytwarzać więcej energii, a tym samym potencjalnie zwiększać produkcję kannabinoidów. Badań na ten temat jest jednak niewiele, a cała kwestia okazuje się dość złożona. Na przykład w pewnym badaniu wykazano, że kilka ekotypów konopi notowało wyższe tempo fotosyntezy w cieplejszym klimacie, ale większą zawartość kannabinoidów osiągało, gdy uprawiano je w niższych temperaturach. Potrzebne są dalsze analizy, by uzyskać pełniejszy obraz.

Wiadomo też, że przy takim samym natężeniu światła rośliny mogą wytwarzać różne profile kannabinoidów w zależności od zastosowanego oświetlenia. Badania pokazują, że lampy HPS (wysokoprężne lampy sodowe) dają większą masę suchych kwiatów, natomiast panele LED sprzyjają wyższym poziomom CBG, THC i CBD.

CZY FOTOSYNTEZA RÓŻNI SIĘ U ODMIAN FOTOPERIODYCZNYCH I AUTOKWITNĄCYCH?

Odmiany fotoperiodyczne i automaty reagują na światło w odmienny sposób. Oba typy prowadzą fotosyntezę w dokładnie ten sam sposób, jednak odmiany fotoperiodyczne potrzebują zmiany cyklu oświetlenia, aby rozpocząć kwitnienie. Hodowcy zwykle trzymają fotoperiody w fazie wegetatywnej przy schemacie 18 godzin światła i 6 godzin ciemności. Przełączenie na cykl 12 godzin światła i 12 godzin ciemności wymusza na nich wejście w fazę kwitnienia. Jeśli będą otrzymywać więcej światła, pozostaną w fazie wegetatywnej bez końca.

Dla porównania, automaty zaczynają kwitnąć niezależnie od bodźców środowiskowych. Mogą rosnąć przez całe życie przy cyklu 24 godzin światła na dobę i nadal wytwarzać topy. Oznacza to, że automaty mają więcej czasu na fotosyntezę w trakcie kwitnienia. Nadal jednak potrzebują okresu ciemności na oddychanie. Optymalny harmonogram dla automatów uprawianych w pomieszczeniach to 20 godzin światła i 4 godziny ciemności przez cały cykl życia rośliny.