La iluminación LED en agricultura. Aplicación en semilleros

Estudios recientes muestran que las verduras en la etapa inicial de desarrollo contienen cantidades más altas de fitonutrientes y minerales, y cantidades más bajas de nitratos que en la etapa de desarrollo completo. No obstante, se desconocen los efectos de algún espectro de luz sobre el contenido de carotenoides en diferentes especies vegetales, como por ejemplo, microgreens de lechuga, influenciados por iluminación artificial.

Los microgreens son una nueva tendencia para el consumo de verduras, que se cosechan con hojas de cotiledón bien expandidas y la presencia o ausencia del primer par de hojas verdaderas.

Aunque dependen de la especie, la cosecha se lleva a cabo aproximadamente a los 7-21 días de germinación y a nivel del suelo, de modo que la porción comestible incluye los hipocótilos. Diferentes estudios han demostrado que los microgreens pueden contener mayores cantidades de fitonutrientes (ácido ascórbico, β-caroteno, filoquinona, α-tocoferoles), minerales y menores cifras de nitratos en comparación con otros vegetales maduros.

(Paradiso et al., 2008) indicaron que Lactuca sativa L. cv. contiene concentraciones significativas de carotenoides en la etapa microgreen. Además, los microgreens de Brassicaceae, como el brócoli, el repollo y el rábano, contienen altas cantidades de glicosilonatos, que se informan como compuestos antitumorales. Sin embargo, existe evidencia de que los nitratos reaccionan con otras aminas secundarias para producir nitrosaminas, lo que induce cáncer gastrointestinal.

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Por lo tanto, es necesario controlar el contenido de nitratos de las verduras. Dicho contenido depende de varios factores:

1. Cultivar de la variedad.

2. Época de crecimiento.

3. La longitud de onda que recibe la planta.

4. El sistema de cultivo.

5. Fertirrigación.

Para evitar el inconveniente que ocasiona el consumo de lechuga, la Unión Europea reguló en 2011 la concentración máxima permitida: 500 y 400 mg NO3 - 100 g-1 f wt para lechugas cosechadas en invierno y primavera, respectivamente; y 250 mg NO3- 100 g-1 pf wt para el cultivar iceberg de esta especie.

Figura 1. Iluminación artificial LED en cultivo sin suelo. Fuente: Infoagro.

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Una luz para el crecimiento vegetal es una fuente de luz artificial que ha sido diseñada para cultivar plantas cuando hay muy poca luz natural o bien cuando se quiere alargar la duración del día en los meses de invierno para cultivar plantas que necesitan más horas de iluminación para su crecimiento.

Las lámparas para cultivo han intentado tradicionalmente parecerse a la luz solar en cuanto a la composición de su espectro, a pesar de que no ha sido hasta la aparición de los LEDs, que viene de las iniciales del inglés L.E.D (Light Emitting Diode) y traducido como diodo emisor de luz, cuando se ha podido realmente construir espectros a medida.

Las lámparas más utilizadas en invernaderos, las de alta presión de sodio (HPS), emiten en primer lugar en las zonas amarilla y roja del espectro, mientras que los fluorescentes que se han utilizado tradicionalmente en cámaras de cultivo incorporaban algo más de luz azul.

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Por sus ventajas medioambientales y de eficiencia productiva, las iluminarias LED se han descrito como el invento más revolucionaro en la luminotécnia hortícola en los últimos años.

La luz tiene un papel primordial en el desarrollo de las plantas. Por ello, existen tres procesos que dependen de la luz:

▪ El fototropismo, que son los movimientos hacia la luz y que dependen en primer lugar de la luz azul.

▪ El fotoperiodismo, que depende de la relación entre el color rojo y el rojo lejano y que es la respuesta a la longitud del día en las distintas estaciones del año.

▪ La fotomorfogénesis, que es el crecimiento y desarrollo vegetal que está esencialmente controlado por la luz, en especial por la luz azul. El efecto de la duración del día sobre la floración se llama fotoperiodismo. Es la respuesta biológica de las plantas a las proporciones de horas de luz y de oscuridad que suceden a diario, y que cambian a lo largo de año.

A pesar de que los estudios que se relacionan con los efectos de la luz son relativamente nuevos, lo que sí se conoce desde hace unas cuantas décadas es que hay plantas que florecen cuando el día se acorta (plantas de día corto) y las hay que lo hacen cuando el día se alarga (plantas de día largo). Incluso, existen otras que son de día neutro, en otras palabras, que florecen independientemente de la longitud del día y aún existen unas más que requieren un período fijo, o intermedio, de horas de luz para florecer. Entre las plantas de día corto se encuentran los crisantemos, las fresas, las judías, las camelias, las primaveras y las poinsetias.

Entre las de día largo están las lechugas o las espinacas. Entre las de día neutro están el pepino o el guisante. Esto quiere decir que, las plantas no miden las horas de luz, sino que miden más bien las horas de oscuridad. Durante las horas de oscuridad muchas sustancias que inhiben la floración, y que se han acumulado en los tejidos vegetales durante el día se eliminan, debido a esto las plantas reciben la señal de florecer.

Este proceso es muy complicado, debido a que también está relacionado con las temperaturas ambientales del día y de la noche (cuanta más temperatura más luz necesitan algunas plantas para florecer) o a otros factores como la edad de la planta o el tiempo de exposición a unas horas determinadas de iluminación. En las horas de oscuridad, el proceso se puede deteriorar si se aplican períodos de luz muy pequeños por la noche en las plantas de día corto, impidiendo la floración o bien en las plantas de día largo, esos pulsos de luz nocturnos pueden favorecer la floración.

Los efectos de la luz no ocurren solo en la floración, suceden además en la germinación de las semillas. Estos efectos de la luz nocturna son debidos al fitocromo, que es un pigmento que se encuentra en dos formas diferentes que se pueden intercambiar: Pr absorbe la luz roja (R), mientras que Pfr absorbe la luz roja lejana (FR). Estas relaciones de intercambio dependen de la frecuencia de la luz: Una molécula de Pr que absorbe un fotón de luz de 660 nm se convierte en una molécula de Pfr, una molécula de Pfr que absorbe un fotón de luz roja lejana (730 nm) se convierte en una molécula de Pr.

Figura 2. Iluminación de onda continua para la estimulación del crecimiento vegetativo. Fuente. Infoagro.

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Sin una aplicación adecuada de luz, pueden ocurrir efectos adversos como son:

▪ hipocótilos demasiado largos

▪ entrenudos demasiado largos

▪ menor ramificación, mayor dominancia apical

▪ floración prematura

▪ pecíolos de hojas más largos

▪ hojas estrechas y menor área foliar

Una luz para el crecimiento vegetal es aquella fuente de luz artificial que ha sido diseñada para cultivar plantas cuando hay poca o nula luz natural o bien cuando se pretende alargar la duración del día en los meses de invierno para cultivar plantas que necesitan más horas de iluminación para su desarrollo.

El uso de luz LED roja para impulsar la fotosíntesis ha sido ampliamente aceptado por dos razones principales. Primero, las curvas de McCree (Sager y McFarlane, 1997) indican que las longitudes de onda del rojo (600 a 700 nm) son absorbidas de manera eficiente por los pigmentos vegetales; en segundo lugar, los primeros LED eran de color rojo con la emisión más eficiente a 660 nm, cerca de un pico de absorción de clorofila.

También saturaron el fitocromo, creando un estado fotoestacionario de alta Pfr en ausencia de FR o reversión a la oscuridad. La otra longitud de onda principal incluida en los primeros estudios ha estado en la región azul (400 a 500 nm) del espectro visible. La cantidad de luz azul requerida u óptima para diferentes especies es una pregunta en curso.

La luz azul tiene una variedad de funciones fotomorfogénicas importantes en las plantas, incluido el control de los estomas (Schwartz y Zeiger, 1984), que afecta las relaciones del agua y el intercambio de CO2, la elongación del tallo (Cosgrove, 1981) y el fototropismo (Blaauw y Blaauw-Jansen, 1970).

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