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En la agricultura moderna de ambiente controlado, la regulación precisa de las condiciones de iluminación se ha convertido en un medio importante para mejorar la calidad de los cultivos y reducir la acumulación de sustancias nocivas.
Iluminación LED, con su espectro sintonizable y eficiencia energética, ha mostrado un gran potencial en el campo de la iluminación del crecimiento de las plantas. Este artículo se centra en explorar cómo la calidad de la luz LED afecta a las plantas, en particular al contenido de nitratos en los cultivos de hortalizas.
La acumulación de nitrato en los vegetales implica procesos fisiológicos complejos, incluida la absorción y reducción de la asimilación del nitrógeno nitrato, proceso regulado por las condiciones de iluminación.
Las plantas reducen el nitrógeno nítrico a amoníaco mediante la acción de enzimas clave como la nitrato reductasa, que participa además en la síntesis y transformación de aminoácidos. Estos aminoácidos sirven como sustratos para la síntesis de proteínas y, sobre esta base, las proteínas se modifican, clasifican, transportan y almacenan, constituyendo conjuntamente la base de las actividades de la vida vegetal.
La acumulación excesiva no sólo afecta el valor nutricional de los alimentos sino que también puede plantear amenazas potenciales a la salud humana. La investigación científica ha revelado que la calidad de la luz en diferentes longitudes de onda tiene efectos reguladores significativos en los procesos del metabolismo del carbono-nitrógeno de las plantas, siendo la luz roja y azul particularmente crítica.
A continuación, exploraremos cómo las fuentes de luz LED de diferentes proporciones y longitudes de onda reducen eficazmente el contenido de nitrato en los vegetales ajustando la actividad de la nitrato reductasa, influyendo en la absorción y asimilación de nitrógeno en las plantas, así como en la acumulación de carbohidratos y antioxidantes relacionados.
La influencia de la calidad de la luz en el metabolismo del carbono-nitrógeno de las plantas se manifiesta en múltiples niveles, donde diferentes longitudes de onda de luz tienen efectos reguladores significativos sobre fotosíntesis, absorción, transformación y utilización de nitrógeno en plantas.
luz roja (longitud de onda aproximadamente en el rango de 600-700 nanómetros) mejora las plantas’ tasa fotosintética.
La clorofila lo absorbe eficientemente y lo convierte en energía química, lo que promueve la asimilación de CO₂ durante la fijación de carbono y aumenta la acumulación de carbohidratos en los tejidos vegetales.
Las plantas cultivadas en un entorno de luz roja suelen tener un mayor contenido de carbohidratos, lo que es beneficioso para el crecimiento de las plantas y la acumulación de biomasa.
Luz azul (longitud de onda aproximadamente en el rango de 400 a 500 nanómetros) tiene un efecto más pronunciado sobre el metabolismo del nitrógeno de las plantas.
Puede influir directa o indirectamente en la actividad de enzimas clave como la nitrato reductasa, promoviendo así la reducción de nitrato a amoníaco y aumentando la disponibilidad de fuentes de amoníaco para las plantas.
La luz azul también estimula la absorción y asimilación de nitrógeno en las plantas, mejorando el metabolismo del nitrógeno en las plantas y afectando así la síntesis de aminoácidos y proteínas.
La combinación de luz roja y azul puede regular más eficazmente el equilibrio carbono-nitrógeno en las plantas.
La luz roja promueve principalmente la acumulación de carbohidratos, mientras que la luz azul desempeña un papel en el metabolismo del nitrógeno.
Cuando ambas luces actúan juntas, pueden regular las vías metabólicas dentro de las plantas, asegurando una asignación y utilización más racional de los recursos de carbono y nitrógeno, mejorando así la eficiencia del crecimiento de las plantas y la calidad del producto.
La luz azul puede promover indirectamente la asimilación y el transporte de nitrógeno al influir en la intensidad de la respiración de las plantas, como mejorar la respiración oscura mitocondrial y ajustar la actividad enzimática en la glucólisis y el ciclo del ácido tricarboxílico, promoviendo así indirectamente la actividad de las enzimas relacionadas con el metabolismo del nitrógeno, afectando así asimilación y transporte de nitrógeno.
En un experimento realizado por Qi Liandong et al. En 2007, utilizando lámparas fluorescentes de colores para proporcionar fuentes de luz roja, azul y amarilla, se estudiaron los efectos de diferentes calidades de luz sobre el rendimiento de las espinacas y la acumulación de nitratos.
El estudio indicó que, en comparación con la luz blanca y amarilla, aunque la biomasa no era alta bajo el tratamiento con luz roja, favorecía la formación y acumulación de materia seca y carbohidratos. Además, podría reducir el contenido de nitratos.
En un estudio realizado por Urbonaviciute et al. En 2007, utilizando lámparas fluorescentes como control, se investigaron los efectos de diferentes composiciones de luces LED sobre el crecimiento de la lechuga y el contenido de nitratos. Las composiciones probadas incluyeron 92% de luz roja LED (640 nm) + 8% de luz ultravioleta cercana, 86% de luz roja LED + 14% de luz LED azul y 90% de luz LED roja + 10% de luz verde.
El tratamiento con 86% de luz LED roja + 14% de luz LED azul mostró un contenido de azúcar significativamente mayor en comparación con las otras dos combinaciones y el grupo de control. Sin embargo, el contenido de azúcar en las otras dos combinaciones fue significativamente menor que el del grupo de control.
El contenido de nitrato en los tres tratamientos fue inferior al del control entre un 15% y un 20%. La luz roja juega un papel crucial en la estimulación de la nitrato reductasa, mientras que la combinación de luz roja y azul mejora la absorción y asimilación de nitrógeno en las plantas.
Mediante la optimización de la calidad de la luz, el contenido de nitrato se puede reducir en más de un 20%. Sin embargo, no hubo diferencias significativas en el contenido de nitrato entre las tres combinaciones, lo que indica que la luz roja puede desempeñar un papel principal en la reducción de los niveles de nitrato.
Efectos de diferentes calidades de luz sobre la calidad de la lechuga y la absorción de nutrientes
Calidad de la luz | Contenido de AsA (mg/kg) | Contenido de nitrato (mg/kg) | Calcio (mg/g) | Magnesio (mg/g) | Potasio (mg/g) |
Lámparas fluorescentes blancas | 100.25a | 3500a | 8.42b | 3.61a | 74.7a |
LED rojo | 79.00b | 2350b | 8.37b | 3.69a | 75.77a |
LED azul | 93.25b | 3710a | 9.88a | 3.48a | 72.48a |
Rojo + Azul | 103.25a | 2174b | 8.36b | 3.72a | 78.32a |
Al comparar los datos experimentales, se desprende del gráfico que el tratamiento con luz roja LED redujo significativamente el contenido de AsA en la variedad de lechuga de hojas sueltas probada en comparación con el control. La luz LED azul y la luz LED rojo-azul no afectaron el contenido de AsA.
En comparación con el control, el tratamiento con luz roja LED disminuyó significativamente el contenido de nitrato en la variedad de lechuga de hojas sueltas probada, mientras que la luz azul LED no afectó el contenido de nitrato en la lechuga.
El tratamiento con luz roja LED también provocó una reducción del contenido de calcio en las hojas de la variedad probada en comparación con el control, aunque la diferencia no fue significativa.
El contenido de calcio en las hojas de lechuga de hojas sueltas alcanzó su máximo bajo el tratamiento con luz LED azul, significativamente mayor que el control, mientras que el contenido de calcio en las hojas de la variedad probada bajo el tratamiento con luz LED roja-azul no mostró diferencias en comparación con el control.
Las diferentes calidades de luz LED no tuvieron un efecto significativo sobre el contenido total de magnesio y potasio en las hojas.
Samuoliene et al. (2011) realizaron un estudio sobre el efecto de la iluminación suplementaria LED en tres variedades de lechuga cultivadas bajo lámparas de sodio de alta presión (16 h) en un invernadero.
Tres días antes de la cosecha, la iluminación suplementaria con luz roja LED de 638 nm y 300 umol/m2·s durante 16 horas redujo significativamente el contenido de nitrato en la lechuga roja y verde clara en un 56,2 % y un 20,0 %, respectivamente, pero aumentó 6 veces el contenido de nitrato en la lechuga verde pálida. .
La iluminación suplementaria LED aumentó el contenido fenólico total (52,7 % y 14,5 %) y la capacidad de eliminación de radicales libres (2,7 % y 16,4 %) en la lechuga roja y verde pálida, respectivamente, pero disminuyó en la lechuga verde. Después del tratamiento, sólo el contenido de AsA en la lechuga roja aumentó significativamente (63,3%).
En resumen, la investigación sobre el impacto de la calidad de la luz LED en el contenido de nitrato de las plantas sugiere una analogía sencilla: diferentes colores de luces LED actúan como diversos ingredientes en un plan de alimentación nutricional personalizado para las plantas, cada uno con efectos únicos sobre el crecimiento y la composición de nutrientes.
Curiosamente, la combinación adecuada de luz roja y azul se asemeja a un plato cuidadosamente elaborado, que puede inducir de manera más eficiente a las plantas a reducir el contenido de nitrato.
Sin embargo, cuando se trata de reducir el contenido de nitratos, parece que la luz roja toma la delantera. Además, las diferentes cualidades de la luz tienen distintos efectos sobre otros componentes nutricionales de las plantas, como el contenido de vitamina C (ácido ascórbico), calcio, magnesio y potasio.
Esto indica que la elección de la calidad de la luz es de hecho una cuestión técnica que requiere ajustes flexibles basados en las necesidades específicas de la planta.
Con base en los datos experimentales anteriores, la influencia de la luz roja en la capacidad antioxidante de la lechuga revela el impacto de la calidad de la luz en los procesos metabólicos fisiológicos de las plantas.
Sin embargo, el efecto de la suplementación con luz roja varía según la variedad, y la sensibilidad de cada variedad al ambiente luminoso está determinada por el nivel de acumulación de sustancias antioxidantes en las hojas de lechuga.
En cuanto a la aplicación de iluminación suplementaria LED, es similar a proporcionar a las plantas entrenamiento de fuerza. Especialmente con la suplementación con luz roja, se puede reducir eficazmente el contenido de nitratos en ciertas variedades de lechuga antes de la cosecha, al tiempo que se mejora la capacidad antioxidante.
Sin embargo, esto no se aplica a todas las variedades, lo que indica que las plantas’ Los requisitos para el entorno de iluminación varían según sus características.
Por tanto, en general, el uso de fuentes de luz LED con diferentes calidades de luz nos permite no sólo regular el contenido de nitrato de las plantas sino también mejorar la calidad general y el contenido nutricional de las plantas optimizando el entorno lumínico.
Sin duda, esto proporciona a la agricultura moderna otra nueva herramienta y un nuevo enfoque para la gestión de precisión.
Desde planificación de iluminación personalizada hasta presupuestos personalizados y todo lo demás, nuestro equipo de expertos en horticultura siempre está listo para ayudarlo.
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