Garantizar la producción de alimentos es uno de los mayores desafíos que la humanidad va a afrontar en las próximas décadas para alcanzar la sostenibilidad a nivel global. Es por ello que la agricultura de interior y agricultura vertical suponen una alternativa real para afrontar este problemas y cada vez está recibiendo mayor atención. Una reciente investigación, realizada en el marco de la tesis doctoral del Ingeniero de Sistemas Cristóbal Javier Solano, ha permitido desarrollar un nuevos sistemas inteligente para controlar el crecimiento vegetal ‘in vitro’. El desarrollo incorpora una cámara de experimentación con iluminación LED y una unidad de control basada en una estructura fog computing para su conexión a internet de las cosas (IoT).

En particular se trata de una cámara de experimentación basada en un sistema modular de bajo coste, constituido por diferentes unidades modulares, en las que cada una realiza una función específica: una unidad está compuesta por un grupo de sensores para medir la temperatura, la humedad, la iluminación, la radiación fotosintéticamente activa (PAR) y la radiación ultravioleta-B (UV-B). Otra unidad, conocida como microcontrolador, es la encargada de procesar la información proveniente de los sensores en tiempo real y enviarla a un microcompuntador, programado con código abierto para la automatización de la información para su procesado y envío a la nube. Finalmente, otra unidad es la encargada de proporcionar el espectro de luz deseado a las muestras biológicas, y una última unidad es la encargada de controlar la temperatura y humedad en el interior de la cámara de experimentación a través de un sistema de climatización basado en celdas de Peltier. 

Para el sistema de iluminación se desarrollaron varios prototipos de luminarias con tecnología LED. Para el modelado y simulación de las diferentes luminarias patrón se seleccionaron chips LEDs para los espectros del UV-B, azul, verde, rojo y rojo lejano. En particular, LEDs de alta potencia de la familia OSLON SSL de Osram y para el espectro UV-B se emplearon los chips HP310SMD del fabricante UVphotonics. 

Efectos de la luz roja sobre cultivos de guisante y melón 

En los experimentos desarrollados en el Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS-CSIC) Murcia por el ya doctor por la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT) se ha estudiado el efecto de la luz roja sobre la germinación y desarrollo temprano de plántulas de guisante y melón. 

Se observó que la luz roja favorecía el crecimiento de las plantas procedentes de semillas tratadas durante 15 minutos con una intensidad de 100 μmol m-2 s-1 de luz roja. 

Los resultados de la tesis demuestran por tanto un efecto positivo del tratamiento con luz roja sobre la tasa de germinación y el vigor de las plántulas resultantes. Se ha logrado favorecer el desarrollo de pelos radiculares y de raíces secundarias, lo que facilitaría la absorción de agua y nutrientes por parte de las plántulas. Estos resultados tienen una aplicación evidente en viveros.

Efectos de la radiación UV-B sobre cultivos de zanahoria morada

Por otro lado, en los estudios que se han realizado in vitro, se ha comprobado el efecto de la luz UV-B sobre el crecimiento de raíces de zanahoria morada, y sobre la producción de antocianinas, compuestos de alto poder antioxidante y muy usados como colorantes naturales. 

En este caso, los resultados han mostrado un estímulo evidente de la producción de antocianinas por efecto de la luz UV-B (hasta un 46% con respecto a los cultivos de control), lo que sugiere también la aplicación de la cámara experimental para la producción a nivel industrial de antocianinas, y de otros compuestos de interés.

En conjunto, esta Tesis Doctoral contribuye al desarrollo de la agricultura basada en la iluminación LED, al proporcionar una cámara de crecimiento autónoma que controla de manera fiable las condiciones ambientales. El sistema ha demostrado su utilidad al estimular el crecimiento de dos especies de plantas (guisante y melón) y de material vegetal in vitro (raíces pilosas de zanahoria morada). Esto abre la posibilidad de su aplicación a otras especies en condiciones variables, para lo cual serán necesarias futuras investigaciones.

Fuente de imagen de portada: Universidad Politécnica de Cartagena a partir de imágenes de la investigación