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Dans l’agriculture moderne en environnement contrôlé, une régulation précise des conditions d’éclairage est devenue un moyen important d’améliorer la qualité des récoltes et de réduire l’accumulation de substances nocives.
Éclairage LED, avec son spectre accordable et son efficacité énergétique, a montré un grand potentiel dans le domaine de l'éclairage de la croissance des plantes. Cet article se concentre sur l’exploration de la manière dont la qualité de la lumière LED affecte les plantes, en particulier la teneur en nitrates des cultures maraîchères.
L’accumulation de nitrate dans les légumes implique des processus physiologiques complexes, notamment l’absorption et la réduction de l’assimilation de l’azote nitrique, un processus régulé par les conditions d’éclairage.
Les plantes réduisent l’azote nitrique en ammoniac grâce à l’action d’enzymes clés telles que la nitrate réductase, qui participe en outre à la synthèse et à la transformation des acides aminés. Ces acides aminés servent de substrats pour la synthèse des protéines et, sur cette base, les protéines subissent des modifications, une classification, un transport et un stockage, constituant ainsi la base des activités de la vie végétale.
Une accumulation excessive affecte non seulement la valeur nutritionnelle des aliments, mais peut également constituer une menace potentielle pour la santé humaine. La recherche scientifique a révélé que la qualité de la lumière à différentes longueurs d’onde a des effets régulateurs importants sur les processus de métabolisme carbone-azote des plantes, la lumière rouge et bleue étant particulièrement critique.
Nous explorerons ensuite comment des sources de lumière LED de différentes proportions et longueurs d'onde réduisent efficacement la teneur en nitrates des légumes en ajustant l'activité de la nitrate réductase, en influençant l'absorption et l'assimilation de l'azote par les plantes, ainsi que l'accumulation de glucides et d'antioxydants associés.
L'influence de la qualité de la lumière sur le métabolisme carbone-azote des plantes se manifeste à plusieurs niveaux, où différentes longueurs d'onde de lumière ont des effets régulateurs significatifs sur photosynthèse, l'absorption, la transformation et l'utilisation de l'azote dans les plantes.
lumière rouge (longueur d'onde d'environ 600 à 700 nanomètres) améliore les plantes’ taux de photosynthèse.
Il est efficacement absorbé par la chlorophylle et converti en énergie chimique, favorisant ainsi l'assimilation du CO₂ lors de la fixation du carbone et augmentant l'accumulation de glucides dans les tissus végétaux.
Les plantes cultivées dans un environnement chaud ont généralement une teneur plus élevée en glucides, ce qui est bénéfique pour la croissance des plantes et l’accumulation de biomasse.
Lumière bleue (longueur d'onde comprise entre 400 et 500 nanomètres) a un effet plus prononcé sur le métabolisme de l'azote des plantes.
Il peut influencer directement ou indirectement l'activité d'enzymes clés telles que la nitrate réductase, favorisant ainsi la réduction du nitrate en ammoniac et augmentant la disponibilité des sources d'ammoniac pour les plantes.
La lumière bleue stimule également l’absorption et l’assimilation de l’azote par les plantes, améliorant ainsi le métabolisme de l’azote des plantes et affectant ainsi la synthèse des acides aminés et des protéines.
La combinaison de la lumière rouge et bleue peut réguler plus efficacement l’équilibre carbone-azote des plantes.
La lumière rouge favorise principalement l’accumulation de glucides, tandis que la lumière bleue joue un rôle dans le métabolisme de l’azote.
Lorsque les deux lumières agissent ensemble, elles peuvent réguler les voies métaboliques au sein des plantes, assurant une allocation et une utilisation plus rationnelles des ressources en carbone et en azote, améliorant ainsi l'efficacité de la croissance des plantes et la qualité des produits.
La lumière bleue peut indirectement favoriser l'assimilation et le transport de l'azote en influençant l'intensité de la respiration des plantes, par exemple en améliorant la respiration sombre des mitochondries et en ajustant l'activité enzymatique de la glycolyse et du cycle de l'acide tricarboxylique, favorisant ainsi indirectement l'activité des enzymes liées au métabolisme de l'azote, affectant ainsi assimilation et transport de l’azote.
Dans une expérience menée par Qi Liandong et al. en 2007, en utilisant des lampes fluorescentes colorées pour fournir des sources de lumière rouge, bleue et jaune, les effets de différentes qualités de lumière sur le rendement des épinards et l'accumulation de nitrate ont été étudiés.
L'étude a indiqué que, comparée à la lumière blanche et jaune, même si la biomasse n'était pas élevée sous le traitement à la lumière rouge, elle favorisait la formation et l'accumulation de matière sèche et de glucides. De plus, cela pourrait réduire la teneur en nitrates.
Dans une étude menée par Urbonaviciute et al. en 2007, en utilisant des lampes fluorescentes comme contrôle, les effets de différentes compositions de lumière LED sur la croissance de la laitue et la teneur en nitrates ont été étudiés. Les compositions testées comprenaient 92 % de lumière rouge LED (640 nm) + 8 % de lumière proche ultraviolette, 86 % de lumière rouge LED + 14 % de lumière bleue LED et 90 % de lumière rouge LED + 10 % de lumière verte.
Le traitement avec 86 % de lumière rouge LED + 14 % de lumière bleue LED a montré une teneur en sucre significativement plus élevée par rapport aux deux autres combinaisons et au groupe témoin. Cependant, la teneur en sucre des deux autres combinaisons était nettement inférieure à celle du groupe témoin.
La teneur en nitrates dans les trois traitements était inférieure à celle du témoin de 15 à 20 %. La lumière rouge joue un rôle crucial dans la stimulation de la nitrate réductase, tandis que la combinaison de la lumière rouge et bleue améliore l’absorption et l’assimilation de l’azote par les plantes.
Grâce à l'optimisation de la qualité de la lumière, la teneur en nitrates peut être réduite de plus de 20 %. Cependant, il n’y avait pas de différence significative dans la teneur en nitrates entre les trois combinaisons, ce qui indique que la lumière rouge pourrait jouer le rôle principal dans la réduction des niveaux de nitrates.
Effets de différentes qualités de lumière sur la qualité de la laitue et l'absorption des nutriments
Qualité de la lumière | Teneur en AsA (mg/kg) | Teneur en nitrates (mg/kg) | Calcium(mg/g) | Magnésium (mg/g) | Potassium (mg/g) |
Lampes fluorescentes blanches | 100.25a | 3500a | 8.42b | 3.61a | 74.7a |
LED rouge | 79.00b | 2350b | 8.37b | 3.69a | 75.77a |
LED bleue | 93.25b | 3710a | 9.88a | 3.48a | 72.48a |
Rouge + Bleu | 103.25a | 2174b | 8.36b | 3.72a | 78.32a |
En comparant les données expérimentales, il ressort clairement du graphique que le traitement à la lumière rouge par LED a réduit de manière significative la teneur en AsA dans la variété de laitue en vrac testée par rapport au témoin. La lumière bleue des LED et la lumière rouge-bleu des LED n’ont pas affecté le contenu en AsA.
Par rapport au témoin, le traitement à la lumière rouge des LED a considérablement réduit la teneur en nitrates dans la variété de laitue en feuilles testée, tandis que la lumière bleue des LED n'a pas affecté la teneur en nitrates de la laitue.
Le traitement à la lumière rouge par LED a également entraîné une réduction de la teneur en calcium des feuilles de la variété testée par rapport au témoin, bien que la différence ne soit pas significative.
La teneur en calcium des feuilles de laitue en feuilles a atteint son maximum sous traitement à lumière bleue LED, nettement supérieure à celle du témoin, tandis que la teneur en calcium des feuilles de la variété testée sous traitement à lumière rouge-bleu LED n'a montré aucune différence par rapport à la contrôle.
Les différentes qualités de lumière LED n’ont eu aucun effet significatif sur la teneur totale en magnésium et en potassium des feuilles.
Samuoliène et al. (2011) ont mené une étude sur l'effet de l'éclairage d'appoint LED sur trois variétés de laitues cultivées sous des lampes au sodium à haute pression (16 h) dans une serre.
Trois jours avant la récolte, un éclairage supplémentaire avec une lumière rouge LED de 638 nm 300 umol/m2·s pendant 16 heures a considérablement réduit la teneur en nitrates de la laitue rouge et vert clair de 56,2 % et 20,0 %, respectivement, mais a augmenté la teneur en nitrates de la laitue vert pâle de 6 fois. .
L'éclairage supplémentaire à LED a augmenté la teneur phénolique totale (52,7 % et 14,5 %) et la capacité d'élimination des radicaux libres (2,7 % et 16,4 %) dans la laitue rouge et vert pâle, respectivement, mais a diminué dans la laitue verte. Après traitement, seule la teneur en AsA de la laitue rouge a augmenté de manière significative (63,3 %).
En résumé, la recherche sur l’impact de la qualité de la lumière LED sur la teneur en nitrates des plantes suggère une analogie simple : différentes couleurs de lumières LED agissent comme divers ingrédients dans un plan alimentaire personnalisé pour les plantes, chacune ayant des effets uniques sur la croissance et la composition nutritionnelle.
Il est intéressant de noter que la combinaison appropriée de lumière rouge et bleue ressemble à un plat soigneusement conçu, qui peut inciter plus efficacement les plantes à réduire leur teneur en nitrates.
Cependant, lorsqu’il s’agit de réduire la teneur en nitrates, il semble que le feu rouge soit en tête. De plus, différentes qualités de lumière ont des effets distincts sur d’autres composants nutritionnels des plantes, tels que la teneur en vitamine C (acide ascorbique), en calcium, en magnésium et en potassium.
Cela indique que le choix de la qualité de la lumière est effectivement une question technique, nécessitant des ajustements flexibles en fonction des besoins spécifiques de l'installation.
Sur la base des données expérimentales ci-dessus, l’influence de la lumière rouge sur la capacité antioxydante de la laitue révèle l’impact de la qualité de la lumière sur les processus métaboliques physiologiques des plantes.
Cependant, l’effet de la supplémentation en lumière rouge varie en fonction de la variété, la sensibilité de chaque variété à l’environnement lumineux étant déterminée par le niveau d’accumulation de substances antioxydantes dans les feuilles de laitue.
Quant à l’application d’un éclairage d’appoint LED, cela revient à fournir aux plantes un entraînement de force. Surtout avec une supplémentation en lumière rouge, il peut réduire efficacement la teneur en nitrates de certaines variétés de laitue avant la récolte tout en améliorant la capacité antioxydante.
Toutefois, cela ne s'applique pas à toutes les variétés, ce qui indique que les plantes’ les exigences en matière d'environnement lumineux varient en fonction de leurs caractéristiques.
Par conséquent, globalement, l’utilisation de sources lumineuses LED avec différentes qualités de lumière nous permet non seulement de réguler la teneur en nitrates des plantes mais également d’améliorer la qualité globale et le contenu nutritionnel des plantes en optimisant l’environnement lumineux.
Cela fournit sans aucun doute à l’agriculture moderne un nouvel outil et une nouvelle approche de la gestion de précision.
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