Lysspekteret

Det elektromagnetiske spekteret beskriver stråling etter bølgelengde, målt i nanometer (nm). Synlig lys ligger omtrent mellom 380–750 nm, der det menneskelige øyet har maksimal sensitivitet rundt 555 nm (fotopisk respons). Kortere bølgelengder har høyere energi (UV), mens lengre har lavere energi (IR).

Denne spektrale følsomheten ligger til grunn for fotometriske størrelser som lumen og lux, som vektlegger lys etter menneskelig persepsjon fremfor fysisk energiinnhold.

Lysspekter og planter

Planter bruker lys til energi og signalstyring, ikke syn. Det viktigste spekteret er PAR (400–700 nm). På 1970-tallet utførte forskeren Keith J. McCree en serie eksperimenter med ulike plantearter. McCree-kurven viser at planter ikke bruker alle bølgelengder like effektivt – rødt og blått lys gir høyest fotosyntetisk respons, mens grønt gir noe lavere men fortsatt viktig bidrag.

• Blått (400–500 nm): Gir kompakt vekst, tykkere blader og styrer spalteåpninger.

• Grønt (500–600 nm): Reflekteres delvis, men trenger dypere ned i bladverket og bidrar til fotosyntese i underliggende celler.

• Rødt (600–700 nm): Meget effektivt for fotosyntese, blomstring og fruktsetting.

Lys utenfor PAR:

• UV (<400 nm): Lite fotosyntese, men stimulerer forsvarsstoffer.

• Fjernrødt (700–750 nm): Regulerer form og blomstring via phytochromer.

Fotosyntesen

Planter lever av fotosyntese, der pigmenter fanger lys og gjør det om til energi. Klorofyll a og b er de viktigste, mens karotenoider hjelper til og beskytter mot for mye lys. I tillegg finnes flere andre pigmenter som gjør at planten kan utnytte enda mer av lysspekteret. Sammen gjør de at plantene kan utnytte en bred del av lysspekteret og beskytte seg mot lysstress.

Klorofyll a er det primære pigmentet i fotosystem I og II. Det absorberer lys mest effektivt ved rundt 430 nm (blått) og 662 nm (rødt), og er helt essensielt for å starte de fotokjemiske reaksjonene i elektrontransportkjeden.

Klorofyll b fungerer som et accessorisk pigment som absorberer lys ved omtrent 453 nm og 642 nm. Energien overføres videre til klorofyll a, noe som utvider spekteret av lys som planten kan utnytte.

Karotenoider har en dobbel funksjon. De virker som hjelpepigmenter ved å absorbere blått lys (400–500 nm) og overføre energien til klorofyll a. Samtidig beskytter de planten mot lysstress ved å redusere skader fra sterkt lys og nøytralisere reaktive oksygenforbindelser.

Fotosyntese foregår i kloroplaster, organeller som finnes i cellene til alle grønne planter. Ved hjelp av lys, vann og karbondioksid produserer plantene karbohydrater (druesukker) og oksygen. For innendørs planter er lys ofte den begrensende faktoren, og pigmentenes evne til å utnytte ulike bølgelengder er derfor avgjørende. Den generelle reaksjonsligningen er:

6CO₂ + 6H₂O + lysenergi ⟶ C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Blått lys har kortere bølgelengde enn rødt lys og dermed høyere energi per foton, men fotosystemene i planter trenger ikke all denne overskuddsenergien for å drive elektrontransport. Resultatet er at mye av energien fra blått lys enten går tapt som varme eller fluorescens, eller omdirigeres til signalprosesser som regulering av spalteåpninger og morfologisk utvikling via egne fotoreseptorer. Rødt lys derimot har et energinivå som passer mer direkte til reaksjonssentrene i fotosystem I og II, og blir derfor utnyttet mer effektivt til ren fotosyntese. Dette forklarer hvorfor McCree-kurven viser høyere fotosyntetisk kvanteutbytte i rødt lys enn i blått, selv om klorofyll absorberer blått lys sterkere.

Vanlig LED vs Fullspektrum LED

Konvensjonelle hvite LED-lyskilder er primært utviklet for menneskelig belysning og optimaliseres etter det menneskelige øyets fotopiske følsomhet, som har sitt maksimum rundt 555 nm i den grønn-gule delen av spekteret. Slike lyskilder produseres vanligvis ved hjelp av en blå LED-diode (≈450 nm) kombinert med et fosforbelegg som genererer et bredt spektrum som oppfattes som hvitt lys. Selv om dette spekteret overlapper det fotosyntetisk aktive området (PAR, 400–700 nm), er energifordelingen ofte lite målrettet mot plantefysiologiske behov. Spesielt er andelen dyp­rødt lys rundt 660 nm, som sammenfaller med klorofyll a sitt absorpsjonsmaksimum og er sentralt for effektiv fotosyntese og regulering av blomstring, ofte lavere enn i lyskilder utviklet spesifikt for plantebelysning.

Fullspektrum LED brukes som en ikke-standardisert betegnelse på lyskilder som gir et bredere og mer kontinuerlig spektrum innenfor PAR-området, med en bevisst kombinasjon av blått, rødt og ofte også grønt lys. Blått lys (ca. 430–480 nm) påvirker blant annet morfologi, bladutvikling og regulering av spalteåpninger, mens rødt lys (ca. 620–680 nm) er særlig effektivt i fotosyntesen og styrer utviklingsprosesser via fytochromsystemet. Grønt lys kan bidra til fotosyntese ved å trenge dypere inn i blad- og kronevev enn blått og rødt lys alene. Det er imidlertid avgjørende å understreke at spektral bredde i seg selv ikke garanterer god plantevekst; lysintensitet (PPFD), fotoneffektivitet og geometriske forhold er minst like viktige faktorer som spektrum ved vurdering av LED-lys egnet til plantebelysning.