TY - THES A1 - Dörr, Oliver Sebastian T1 - Influence of artificial sunlight from a microwave plasma lamp on morphology and secondary metabolism of horticultural plants N2 - Light is one of the most important abiotic factors for plant physiological processes. In addition to light intensity, the spectral quality of light can also influence the plant morphology and the content of secondary metabolites. In the horticultural industry, artificial light is used in to enable year-round production of herbs, ornamental plants and vegetables in winter terms. Until today, discharge lamps like high-pressure sodium (HPS) lamps, emitting predominantly orange and red light and high amounts of infrared radiation, are the most common lamp systems in greenhouses. In the last decades, light-emitting diodes (LEDs) emerged as an efficient alternative light source. LEDs have the advantage of distinct adjustments to the light spectrum. For a usage in horticultural industry LEDs are often too expensive. Furthermore, reduced plant growth can occur due to incorrectly adjusted light spectra and lower leaf temperatures caused by the lack of infrared radiation. In a research project (LOEWE, funding no. 487/15-29) funded by the Hessen State Ministry of Higher Education, Research and Arts, Microwave plasma lamps (MPL) were tested as new light sources for horticultural industry and plant research. The electrodeless lamp systems emit light in similar properties like sun light. The aim of the study was to determine the influence of artificial sunlight of the MPL on the accumulation of secondary metabolites, plant architecture and plant physiology of three different species (coleus, basil and potted roses). The MPL was compared with other light systems such as commercial HPS lamps, LEDs or ceramic metal halide lamps (CDM). In addition to morphological parameters such as plant height, internode length or fresh and dry weight, the phenolic content of leaves grown under the respective light sources were examined. Overall an increased far-red light content in the emission spectra of the MPL showed high influence on the plant architecture which was observed in all three plant species. Artificial sunlight from MPL induced stem elongation in coleus and basil plants, compared to the other tested light sources. In potted roses a reduced branching degree was observed under MPL light compared to HPS grown plants. In addition to the impact of far-red light also the blue light content of the emission spectra was found to be a strong influencing factor for plant physiological processes. A positive correlation between blue light content and leaf thickness was determined in coleus cultivated under MPL, LED, HPS and CDM lamps. Low blue light content in HPS emission spectra resulted in shade-adapted leaves with low photosynthetic capacity and susceptibility to high irradiances. Blue light was assumed to increase phenolic metabolites in basil and rose leaves. Furthermore, the different light treatments resulted in an alteration of the composition of essential oils of basil. Experiments with coleus plants demonstrated that besides light color also the infrared radiation, had an influence on secondary metabolites by causing different leaf temperatures. Coleus plants grown with MPL showed the lowest content of phenolic compounds such as rosmarinic acid per dry weight. Infrared radiation resulted in a faster plant development indicated by increased biomass production and higher leaf formation rate as observed in coleus and basil plants. The results obtained in this study show that the influence of leaf temperature should always be considered when comparing different lamp systems. Especially when LEDs are compared to discharge lamps an overestimation of light color can be a consequence since also infrared radiation influences the content of phenolic compounds and plant growth. N2 - Licht ist einer der wichtigsten abiotischen Faktoren für pflanzenphysiologische Prozesse. Neben der Lichtintensität kann auch die spektrale Lichtqualität die Pflanzenmorphologie und den Gehalt an pflanzlichen sekundären Inhaltssoffen beeinflussen. Im Gartenbau wird künstliches Licht verwendet, um eine ganzjährige Produktion von Kräutern, Zierpflanzen und Gemüse im Winter zu ermöglichen. Bis heute sind Entladungslampen wie Natriumhochdrucklampen (HPS), die überwiegend orangefarbenes und rotes Licht sowie Infrarotstrahlung emittieren, die häufigsten Lampensysteme in Gewächshäusern. In den letzten Jahrzehnten haben sich Leuchtdioden (LEDs) als effiziente alternative Lichtquelle herausgestellt. LEDs haben den Vorteil, dass das Lichtspektrum gezielt angepasst werden kann. Für den Einsatz im Gartenbau sind LEDs jedoch oft zu teuer. Darüber hinaus kann ein verringertes Pflanzenwachstum aufgrund falsch eingestellter Lichtspektren sowie fehlender Infrarotstrahlung auftreten. In einem vom hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst finanzierten Forschungsprojekt (LOEWE, Förderungsnummer 487/15-29) wurden Mikrowellenplasmalampen (MPL) als neue Lichtquellen für die Gartenbauindustrie sowie für die Pflanzenforschung getestet. Die elektrodenlosen Lampensysteme emittieren ein sonnenähnliches Lichtspektrum. Ziel der Arbeit war es, den Einfluss des künstlichen Sonnenlichts der MPL auf den Gehalt von pflanzlichen sekundären Inhaltstoffen, sowie auf die Pflanzenmorphologie von drei verschiedenen gartenbaulichen Kulturen (Buntnessel, Basilikum und Topfrosen) zu bestimmen. Die MPL wurde mit anderen Lampensystemen wie handelsüblichen HPS-Lampen, LEDs oder Keramik-Metallhalogendampflampen (CDM) verglichen. Neben morphologischen Parametern wie Pflanzenhöhe, Internodienlänge oder Frisch- und Trockengewicht wurde der Gehalt phenolischer Inhaltsstoffe untersucht. Insgesamt zeigte ein erhöhter Dunkelrotlicht- Anteil in den Emissionsspektren der MPL einen hohen Einfluss auf die Pflanzenarchitektur, der bei allen drei Pflanzenspezies beobachtet wurde. Das künstliche Sonnenlicht der MPL induzierte ein gesteigertes Streckungswachstum bei Buntnesseln und Basilikum. Bei Topfrosen wurde unter dem Licht der MPL ein verringerter Verzweigungsgrad beobachtet, im Vergleich zu Pflanzen die mit HPS Lampen kultiviert wurden. Neben dem Einfluss von dunkelrotem Licht war auch der Blaulichtgehalt ein starker Einflussfaktor für pflanzenphysiologische Prozesse. Eine positive Korrelation zwischen dem Blaulichtgehalt und der Blattdicke wurde bei Buntnesseln bestimmt, die unter MPL-, LED-, HPS- und CDM-Lampen kultiviert wurden. Ein geringer Blaulichtgehalt in HPS-Emissionsspektren führte zu schattenadaptierten Blättern mit geringer Photosynthese-Kapazität und zu einer Anfälligkeit gegenüber hohen Bestrahlungsstärken. Blaues Licht führte zudem zu einem erhöhten Gehalt von phenolischen Inhaltsstoffen in Basilikum- und Rosenblättern. Darüber hinaus führten die verschiedenen Lichtbehandlungen zu einer Veränderung der Zusammensetzung der ätherischen Öle in Basilikumblättern. Mit Experimente mit Buntnesseln konnte nachgewiesen werden, dass neben der Lichtfarbe auch die Infrarotstrahlung einen Einfluss auf den Gehalt von Sekundärmetaboliten hat. Mit MPL produzierte Buntnesseln hatten den niedrigsten Gehalt an phenolischen Verbindungen wie Rosmarinsäure pro Trockengewicht. Die Wärmestrahlung führte zudem zu einer schnelleren Pflanzenentwicklung bei Buntnesseln und Basilikum. Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass der Einfluss der Blatttemperatur beim Vergleich verschiedener Lampensysteme immer berücksichtigt werden sollte. Insbesondere beim Vergleich von LEDs mit Entladungslampen kann es zu Überschätzung der Lichtfarbe kommen, wenn die Blatttemperatur nicht beachtet wird, da auch die Infrarotstrahlung den Gehalt sekundärer Inhaltsstoffe sowie das Pflanzenwachstum beeinflusst. KW - Light KW - Horticulture KW - Photomorphogenesis Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-122 N1 - Version ohne Lebenslauf VL - 2020 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER -