Cardápio
Na agricultura moderna com ambiente controlado, a regulação precisa das condições de iluminação tornou-se um meio importante para melhorar a qualidade das culturas e reduzir a acumulação de substâncias nocivas.
Iluminação LED, com seu espectro sintonizável e eficiência energética, mostrou grande potencial no campo da iluminação para o crescimento de plantas. Este artigo se concentra em explorar como a qualidade da luz LED afeta as plantas, particularmente o teor de nitrato nas hortaliças.
O acúmulo de nitrato em vegetais envolve processos fisiológicos complexos, incluindo a absorção e redução da assimilação de nitrogênio nitrato, um processo regulado pelas condições de iluminação.
As plantas reduzem o nitrogênio nitrato em amônia por meio da ação de enzimas essenciais, como a redutase do nitrato, que participa ainda na síntese e transformação de aminoácidos. Esses aminoácidos servem como substratos para a síntese protéica e, a partir dessa base, as proteínas sofrem modificação, classificação, transporte e armazenamento, constituindo em conjunto a base das atividades da vida vegetal.
A acumulação excessiva não afeta apenas o valor nutricional dos alimentos, mas também pode representar ameaças potenciais à saúde humana. A investigação científica revelou que a qualidade da luz em diferentes comprimentos de onda tem efeitos reguladores significativos nos processos de metabolismo carbono-nitrogénio das plantas, sendo a luz vermelha e azul particularmente crítica.
A seguir, exploraremos como fontes de luz LED de diferentes proporções e comprimentos de onda reduzem efetivamente o teor de nitrato em vegetais, ajustando a atividade da nitrato redutase, influenciando a absorção e assimilação de nitrogênio nas plantas, bem como o acúmulo de carboidratos e antioxidantes relacionados.
A influência da qualidade da luz no metabolismo carbono-nitrogênio das plantas se manifesta em vários níveis, onde diferentes comprimentos de onda de luz têm efeitos regulatórios significativos sobre fotossíntese, absorção, transformação e utilização de nitrogênio nas plantas.
luz vermelha (comprimento de onda aproximadamente na faixa de 600-700 nanômetros) melhora as plantas’ taxa fotossintética.
É eficientemente absorvido pela clorofila e convertido em energia química, promovendo assim a assimilação de CO₂ durante a fixação de carbono e aumentando o acúmulo de carboidratos nos tecidos vegetais.
As plantas cultivadas em um ambiente de luz vermelha normalmente apresentam maior teor de carboidratos, o que é benéfico para o crescimento das plantas e o acúmulo de biomassa.
Luz azul (comprimento de onda aproximadamente na faixa de 400-500 nanômetros) tem um efeito mais pronunciado no metabolismo do nitrogênio nas plantas.
Pode influenciar direta ou indiretamente a atividade de enzimas essenciais, como a nitrato redutase, promovendo assim a redução do nitrato em amônia e aumentando a disponibilidade de fontes de amônia para as plantas.
Blue light also stimulates nitrogen absorption and assimilation in plants, enhancing plant nitrogen metabolism, and thereby affecting the synthesis of amino acids and proteins.
The combination of red and blue light can more effectively regulate the carbon-nitrogen balance in plants.
Red light primarily promotes the accumulation of carbohydrates, while blue light plays a role in nitrogen metabolism.
When both lights act together, they can regulate metabolic pathways within plants, ensuring a more rational allocation and utilization of carbon and nitrogen resources, thereby enhancing plant growth efficiency and product quality.
A luz azul pode promover indiretamente a assimilação e o transporte de nitrogênio, influenciando a intensidade da respiração das plantas, como melhorar a respiração escura mitocondrial e ajustar a atividade enzimática na glicólise e no ciclo do ácido tricarboxílico, promovendo assim indiretamente a atividade de enzimas relacionadas ao metabolismo do nitrogênio, afetando assim assimilação e transporte de nitrogênio.
Em um experimento conduzido por Qi Liandong et al. em 2007, utilizando lâmpadas fluorescentes coloridas para fornecer fontes de luz vermelha, azul e amarela, foram estudados os efeitos de diferentes qualidades de luz na produção de espinafre e no acúmulo de nitrato.
O estudo indicou que, em comparação com a luz branca e amarela, embora a biomassa não tenha sido elevada no tratamento com luz vermelha, favoreceu a formação e acúmulo de matéria seca e carboidratos. Além disso, pode reduzir o teor de nitrato.
Em estudo realizado por Urbonaviciute et al. em 2007, utilizando lâmpadas fluorescentes como controle, foram investigados os efeitos de diferentes composições de luz LED no crescimento da alface e no teor de nitrato. As composições testadas incluíram 92% de luz vermelha LED (640nm) + 8% de luz quase ultravioleta, 86% de luz vermelha LED + 14% de luz LED azul e 90% de luz vermelha LED + 10% de luz verde.
O tratamento com 86% de luz LED vermelha + 14% de luz LED azul apresentou teor de açúcar significativamente maior em comparação às outras duas combinações e ao grupo controle. No entanto, o teor de açúcar nas outras duas combinações foi significativamente inferior ao do grupo controle.
O teor de nitrato em todos os três tratamentos foi inferior ao controle em 15% a 20%. A luz vermelha desempenha um papel crucial na estimulação da redutase do nitrato, enquanto a combinação da luz vermelha e azul aumenta a absorção e assimilação de nitrogênio nas plantas.
Through optimization of light quality, nitrate content can be reduced by more than 20%. However, there was no significant difference in nitrate content among the three combinations, indicating that red light may play the primary role in reducing nitrate levels.
Effects of Different Light Qualities on Lettuce Quality and Nutrient Uptake
Light Quality | AsA Content(mg/kg) | Nitrate Content(mg/kg) | Calcium(mg/g) | Magnesium(mg/g) | Potassium(mg/g) |
White Fluorescent Lamps | 100.25a | 3500a | 8.42b | 3.61a | 74.7a |
Red LED | 79.00b | 2350b | 8.37b | 3.69a | 75.77a |
Blue LED | 93.25b | 3710a | 9.88a | 3.48a | 72.48a |
Red + Blue | 103.25a | 2174b | 8.36b | 3.72a | 78.32a |
Comparando os dados experimentais, é evidente no gráfico que o tratamento com luz vermelha LED reduziu significativamente o teor de AsA na variedade de alface de folhas soltas testada em comparação com o controle. A luz LED azul e a luz LED vermelho-azul não afetaram o conteúdo de AsA.
Em comparação com o controle, o tratamento com luz vermelha LED diminuiu significativamente o teor de nitrato na variedade testada de alface de folhas soltas, enquanto a luz azul LED não afetou o teor de nitrato na alface.
O tratamento com luz vermelha LED também levou a uma redução no teor de cálcio nas folhas da variedade testada em comparação com o controle, embora a diferença não tenha sido significativa.
O teor de cálcio nas folhas da alface de folhas soltas atingiu seu máximo sob tratamento com luz LED azul, significativamente superior ao controle, enquanto o teor de cálcio nas folhas da variedade testada sob tratamento com luz LED vermelho-azul não mostrou diferença em relação ao ao controle.
Diferentes qualidades de luz LED não tiveram efeito significativo no teor total de magnésio e potássio nas folhas.
Samuoliene et al. (2011) conduziram um estudo sobre o efeito da iluminação suplementar LED em três variedades de alface cultivadas sob lâmpadas de sódio de alta pressão (16 horas) em casa de vegetação.
Três dias antes da colheita, a iluminação suplementar com luz LED vermelha de 638nm 300umol/m2·s por 16 horas reduziu significativamente o teor de nitrato na alface vermelha e verde clara em 56,2% e 20,0%, respectivamente, mas aumentou o teor de nitrato na alface verde clara em 6 vezes. .
A iluminação suplementar com LED aumentou o conteúdo fenólico total (52,7% e 14,5%) e a capacidade de eliminação de radicais livres (2,7% e 16,4%) na alface vermelha e verde clara, respectivamente, mas diminuiu na alface verde. Após o tratamento, apenas o teor de AsA na alface vermelha aumentou significativamente (63,3%).
Em resumo, a investigação sobre o impacto da qualidade da luz LED no teor de nitrato das plantas sugere uma analogia simples: diferentes cores de luzes LED actuam como vários ingredientes num plano nutricional personalizado para plantas, cada uma com efeitos únicos no crescimento e na composição de nutrientes.
Curiosamente, a combinação adequada de luz vermelha e azul assemelha-se a um prato cuidadosamente elaborado, que pode induzir as plantas de forma mais eficiente a reduzir o teor de nitrato.
No entanto, quando se trata da tarefa de reduzir o teor de nitratos, parece que a luz vermelha assume a liderança. Além disso, diferentes qualidades de luz têm efeitos distintos sobre outros componentes nutricionais das plantas, como o teor de vitamina C (ácido ascórbico), cálcio, magnésio e potássio.
Isto indica que a escolha da qualidade da luz é de fato uma questão técnica, exigindo ajustes flexíveis com base nas necessidades específicas da planta.
Com base nos dados experimentais acima, a influência da luz vermelha na capacidade antioxidante da alface revela o impacto da qualidade da luz nos processos metabólicos fisiológicos das plantas.
No entanto, o efeito da suplementação com luz vermelha varia dependendo da variedade, sendo a sensibilidade de cada variedade ao ambiente luminoso determinada pelo nível de acumulação de substâncias antioxidantes nas folhas de alface.
Quanto à aplicação de iluminação suplementar LED, é o mesmo que proporcionar às plantas treino de força. Especialmente com a suplementação com luz vermelha, pode efetivamente reduzir o teor de nitratos em certas variedades de alface antes da colheita, ao mesmo tempo que aumenta a capacidade antioxidante.
Contudo, isto não se aplica a todas as variedades, indicando que as plantas’ os requisitos para o ambiente de luz variam dependendo de suas características.
Portanto, em geral, a utilização de fontes de luz LED com diferentes qualidades de luz permite-nos não só regular o teor de nitrato das plantas, mas também melhorar a qualidade geral e o conteúdo nutricional das plantas, optimizando o ambiente luminoso.
Isto, sem dúvida, proporciona à agricultura moderna outra nova ferramenta e uma nova abordagem à gestão de precisão.
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