Kannabis ja fotosynteesi

Luke Sumpter

Kannabisjournalisti ja terveystieteiden tutkija

Luke Sumpter

Viimeksi päivitetty: 29 May 2020

Anna tekoälyn selittää tämä sivu

Valitse suosikkisi tekoälytyökalu saadaksesi nopean yhteenvedon.

ChatGPT

Perplexity

Claude

Kannabiskasvit tarvitsevat kasvaakseen kunnolla useita ulkoisia resursseja. Ne tarvitsevat ravinteita proteiinien tuottamiseen, soluseinämien rakentamiseen ja erilaisten biokemiallisten prosessien pyörittämiseen. Ne tarvitsevat myös vettä näiden yhdisteiden liuottamiseen ja kuljettamiseen. Kaikki nämä tekijät tukevat kasvin tervettä kasvua ja kehitystä. Kasvun tärkein moottori ei kuitenkaan löydy pullosta eikä kompostista kaivamalla – se tulee auringosta (tai tehokkaasta kasvatusvalaistuksesta). Sukelletaan tämän välttämättömän prosessin yksityiskohtiin.

Mitä fotosynteesi on?

Fotosynteesin idea näkyy jo sanassa itsessään. “Photo” viittaa valoon ja “synthesis” tarkoittaa orgaanisen yhdisteen muodostamista. Juuri tätä kasvit tekevät: ne muuttavat valon biokemialliseksi energiaksi pysyäkseen hengissä. Mutta miten se onnistuu? Kasveilla on tätä varten varsin vaikuttava biologinen koneisto. Ymmärtääksemme prosessin kunnolla meidän on mentävä solutasolle.

Fotosynteesi tapahtuu pääosin lehdissä. Tarkemmin sanottuna se tapahtuu erikoistuneissa soluissa, joita kutsutaan mesofyllisoluiksi. Nämä solut muodostavat kerroksen aivan lehden pinnan alapuolelle, missä ne ottavat valoa talteen. Niissä on pieniä soluelimiä nimeltä kloroplastit, jotka ovat täynnä klorofylliä — pigmenttiä, joka antaa kasveille niiden vihreän värin. Pigmenttinä klorofylli pystyy absorboimaan valoa. Kasvit “varastoivat” sitä pylväsmäisiin rakenteisiin, joita kutsutaan tylakoideiksi. Tylakoidien välistä tilaa kutsutaan stroomaksi.

Fotosynteesi jaetaan kahteen päävaiheeseen: valoreaktioihin ja pimeäreaktioihin. Valoreaktioiden alussa hiilidioksidi (CO₂) ja vesi (H₂O) kulkeutuvat lehteen. CO₂ tulee sisään pienten aukkojen, ilmarakojen, kautta ja haihdunta vetää veden ylös johtosolukon putkia pitkin, joita kutsutaan ksyleemiksi.

Seuraavaksi auringon (tai kasvatusvalojen) fotonit osuvat klorofyllimolekyyleihin. Elektronit imevät energian itseensä ja “virittyvät”. Tämän jälkeen käynnistyy joukko valoreaktioita, joiden lopputuloksena energia varastoidaan ATP:n (solujen energiavaluutta) ja NADPH:n (elektroninkuljettaja) muodossa. Kaikki tämä tapahtuu tylakoidikalvolla.

Näitä molekyylejä hyödynnetään sitten niin sanotussa Calvinin kierrossa (eli pimeäreaktioissa), joka tapahtuu stroomassa. Niiden avulla hiilidioksidi “sidotaan” ja siitä rakennetaan kolmen hiilen sokerimolekyylejä. Nämä yhdistyvät lopulta tutuksi makeaksi ystäväksemme, glukoosiksi. Kasvit käyttävät tätä yksinkertaista molekyyliä energianlähteenä sekä suurempien, rakenteellisten hiilihydraattien rakennusaineena.

Valon laatu: watit, lumenit, PAR ja PPFD

Kävimme jo läpi, miksi kasvit tarvitsevat valoa yhteyttämistä varten. Mutta ovatko kaikki valot yhtä hyviä? Eivät. Useimmilla alueilla auringon fotonit riittävät enemmän kuin hyvin yhteyttämisen pyörittämiseen. Sisätiloissa kasvattavan pitää kuitenkin huolehtia valaistuksesta, joka tuottaa tarpeeksi energiaa, jotta kasvit pysyvät elinvoimaisina ja kasvavat vahvoina.

Sisäkasvatukseen sopivia kasvatusvaloja on tarjolla monenlaisia; esimerkiksi LED-, HID- ja loistevalot. Jokaisella vaihtoehdolla on omat plussansa ja miinuksensa, mutta lopulta ratkaisevinta on valon laatu kokonaisuutena.

Wattimäärä

Valoja hankkiessa kannattaa kiinnittää huomiota tehoon (watteihin) – eli siihen, kuinka paljon sähkötehoa valaisin käyttää. Jos wattimäärä on liian pieni, valonlähde ei tuota tarpeeksi valoa, jotta kasvit kehittyisivät parhaalla mahdollisella tavalla. Kotikasvatuksessa 400–600W/m² tuottava valo riittää yleensä hyvään satoon. Kun tehoa on 1000W+ per m², kukkien tuotantoa voidaan viedä jo äärirajoille.

Lumen

Kasvattajat voivat arvioida valon laatua useilla mittareilla. Ensimmäiseksi kannattaa ottaa käyttöön luksmittari, jolla voi tarkistaa, kuinka paljon valoa kasvatusalueen tietyssä kohdassa todella on. Luksi kertoo valovirran (lumenien) määrän pinta-alaa kohti. On kuitenkin hyvä muistaa, että luksimittari mittaa valoa ihmisen silmän herkkyyden mukaan, joten se ei kerro suoraan, kuinka paljon kasveille käyttökelpoista valoa (fotosynteesiin sopivaa säteilyä) on tarjolla. Kotikasvattajalle se antaa silti riittävän hyvän suuntaa-antavan kuvan valaistuksen tasosta. Pyri tarjoamaan kasville noin 40 000 luxia kasvuvaiheessa ja noin 60 000 luxia kukintavaiheessa.

PAR ja PPFD

Luksit voivat olla käteviä, mutta entä jos haluat tietää tietyn lampun todellisen kasvatustehon? Silloin kuvaan astuu PAR (photosynthetically available radiation). PAR tarkoittaa valoa 400–700 nm:n aallonpituusalueella – juuri sitä, jota kasvit hyödyntävät fotosynteesissä. PAR-arvoa kuvataan yksiköllä mikromoolia sekunnissa (μmol/s), ja se kertoo kasvattajalle, kuinka monta tällä alueella olevaa fotonia osuu kasvin lehdille joka sekunti. Käytännössä tätä tarkastellaan PPFD-arvona (photosynthetic photon flux density).

PAR-arvoja voidaan mitata PAR-mittarilla. Laitteet käyttävät antureita, jotka havaitsevat 400–700 nm:n alueen valon. Keskimääräisen PPFD:n saat, kun mittaat useasta kohdasta latvustoa samalla korkeudella ja lasket tuloksista keskiarvon. Pyri noin 350 μmol/s -tasoon kasvuvaiheessa ja noin 850 μmol/s -tasoon kukinnan aikana.

Valmistajien tulisi ilmoittaa nämä tiedot. Jotta PPFD-dataan voi oikeasti luottaa, varmista, että yritys antaa myös etäisyyden latvuston ja valonlähteen välillä, useita mittauspisteitä, keskiarvon sekä min:max-suhteen.

Optimaaliset olosuhteet fotosynteesiin

Valon voimakkuus ei ole ainoa tekijä, joka voi tehostaa fotosynteesiä. Tutkimusten mukaan myös lämpötila ja hiilidioksidi voivat parantaa prosessin tehokkuutta.

Fotosynteesi nojaa useisiin entsyymeihin, jotka hoitavat keskeiset biokemialliset reaktiot. Kylmässä (0–10 °C) nämä proteiinit eivät toimi tehokkaasti, mikä hidastaa fotosynteesiä ja johtaa ajan myötä kitukasvuun. Myös liian korkea lämpötila (yli 20 °C) heikentää näiden tärkeiden entsyymien toimintaa. Parhaiten ne toimivat 10–20 °C:n lämpötila-alueella.

Mielenkiintoista kyllä, CO₂ auttaa kannabista pärjäämään hieman lämpimämmissäkin olosuhteissa. Kohonneet CO₂-tasot voivat lisäksi tehostaa fotosynteesiä yhdessä tehokkaan valaistuksen kanssa. Mitä enemmän valoa lehti saa, sitä enemmän hiiltä tarvitaan, jotta energia voidaan muuntaa sokereiksi. Jos käytät 600 W valoja melko pienessä tilassa, tehoa on yleensä riittävästi, jotta CO₂-tasojen nostaminen on perusteltua. Kasvattajat voivat CO₂-pullojen avulla nostaa pitoisuuden optimaaliseen 1 500–2 000 ppm:n haarukkaan. Helpompi vaihtoehto on kuitenkin lisätä multaan liukenevia tabletteja.

Miten fotosynteesin nopeus voi vaikuttaa kannabinoidipitoisuuteen

On loogista ajatella, että mitä nopeammin fotosynteesi käy, sitä enemmän kasvi pystyy tuottamaan energiaa ja sitä suurempi voi olla myös kannabinoidien muodostus. Aiheesta on kuitenkin vielä melko vähän tutkimusta, ja kokonaisuuteen liittyy paljon nyansseja. Esimerkiksi eräs tutkimus havaitsi, että useilla kannabiksen ekotyypeillä fotosynteesin nopeus kasvoi lämpimämmässä ilmastossa, mutta kannabinoidipitoisuudet nousivat, kun kasveja kasvatettiin viileämmissä lämpötiloissa. Selkeän kokonaiskuvan saamiseksi tarvitaan lisää tutkimusta.

Tiedetään myös, että kasvit voivat tuottaa erilaisia kannabinoidiprofiileja, kun niitä kasvatetaan eri valaisimilla samalla valon voimakkuudella. Tutkimusten mukaan HPS-valot (korkeapaine-natrium) tuottivat enemmän kukkia kuivapainon perusteella, kun taas LED-valoilla saavutettiin korkeammat CBG-, THC- ja CBD-pitoisuudet.

Onko fotoperiodi- ja autoflower-lajikkeiden välillä eroa fotosynteesin kannalta?

Fotoperiodiset ja Autoflower-lajikkeet reagoivat valoon eri tavoin. Itse fotosynteesi toimii molemmilla täsmälleen samalla mekanismilla, mutta fotoperiodiset lajikkeet tarvitsevat valojakson muutoksen aloittaakseen kukinnan. Kasvattajat pitävät fotoperiodit yleensä kasvuvaiheessa rytmissä 18 tuntia valoa ja 6 tuntia pimeää. Kun rytmi vaihdetaan 12 tuntiin valoa ja 12 tuntiin pimeää, kasvi ”pakotetaan” siirtymään kukintaan. Jos valoa on tätä enemmän, se pysyy kasvuvaiheessa käytännössä loputtomiin.

Autoflower-lajikkeet sen sijaan alkavat kukkia riippumatta ympäristön vihjeistä. Ne kestävät jopa 24 tunnin valojakson koko elinkaarensa ajan ja tuottavat silti kukkia. Tämän ansiosta Autoflower-lajikkeilla on kukintavaiheessa enemmän mahdollisuuksia yhteyttää. Ne tarvitsevat silti pimeän jakson hengitystä varten. Sisätiloissa kasvaville autoflowerille toimivin valorytmi on 20 tuntia valoa ja 4 tuntia pimeää koko kasvatuksen ajan.