En la agricultura moderna, la producción de vegetales en instalaciones controladas se ha convertido en un método clave para satisfacer la creciente demanda mundial de alimentos. La lechuga romana (Lactuca sativa L. var. romana), ampliamente valorada por su consumo fresco y su alto valor nutricional, enfrenta desafíos significativos durante la producción de invierno en invernaderos. La escasez de luz solar y la baja intensidad lumínica limitan su fotosíntesis, afectando el crecimiento y la calidad de las plantas. Es por ello que la iluminación suplementaria con LED se está convirtiendo cada vez más en una solución efectiva para abordar este problema, no solo extendiendo el fotoperíodo sino también mejorando la eficiencia fotosintética y la calidad del cultivo.
Un nuevo estudio de investigación, publicado recientemente en MDPI, ha explorado la influencia de agregar diferentes longitudes de onda de luz roja a los LED blancos para una iluminación suplementaria el cultivos de lechuga en invernaderos. En concreto, el estudio exploró el efecto de combinar LEDs blancos con luces rojas de diferentes longitudes de onda (630 nm, 660 nm, y 690 nm) en el crecimiento y la fotosíntesis de la lechuga en invernaderos durante el invierno.
Los resultados indican que la iluminación suplementaria, especialmente la combinación de LED blancos con luz roja de 660 nm, mejora significativamente el crecimiento y la fotosíntesis de la lechuga en invernaderos durante el invierno. Esta configuración aumenta la altura de la planta, el área foliar, la biomasa, y los índices de raíces, además de elevar los niveles de clorofila y la tasa de fotosíntesis neta. Dicha combinación de luz roja y blanca ofrece un espectro más amplio y optimiza la capacidad fotosintética de las hojas, presentando un potencial considerable para su aplicación en la producción de lechuga en invernaderos invernales.
Iluminación suplementaria para el cultivo de lechugas
En los últimos años, la iluminación LED, debido a sus estrechas bandas espectrales, larga vida útil y eficiencia energética, se han utilizado de forma eficaz en la producción de cultivos de invernadero. Numerosos estudios han investigado cómo diversas intensidades lumínicas, tipos de fuentes de luz, combinaciones de espectros y fotoperíodos afectan el crecimiento vegetal, la eficiencia fotosintética y la calidad nutricional de los vegetales. Dado que distintas longitudes de onda ejercen influencias variadas sobre el desarrollo de las plantas, la investigación en el uso de iluminación suplementaria con diferentes espectros es de gran relevancia científica y práctica para la agricultura en entornos controlados.
Los estudios han demostrado que varios espectros de luz LED monocromáticas y combinados influyen en el crecimiento de las plantas de diferentes maneras. Específicamente, la luz roja facilita el alargamiento del tallo, respalda la fotosíntesis al ser absorbida por los pigmentos fotosintéticos, estimula el crecimiento de las hojas y aumenta la producción de carbohidratos, siendo esencial para regular las respuestas de las plantas al fotoperíodo. En los invernaderos, la luz LED roja monocromática (660 nm) se alinea estrechamente con las longitudes de onda óptimas para la absorción por clorofila y fitocromos, potenciando tanto la fotosíntesis como el desarrollo morfológico de los cultivos. Esto no solo mejora la fotosíntesis de las hojas y la acumulación de biomasa, sino que también eleva los niveles de clorofila y la eficiencia fotosintética.
Por otro lado, la luz azul juega un papel crucial en inhibir el alargamiento del tallo y en procesos como el fototropismo y la fotomorfogénesis, aunque su impacto directo en el rendimiento puede ser limitado. La luz verde, a menudo percibida como ineficaz debido a su mínima absorción por los cloroplastos y alta reflexión por las hojas, cuando se combina con otros espectros de luz, puede mejorar significativamente el crecimiento vegetal, especialmente en la expansión de las hojas y en la eficiencia fotosintética.
Actualmente, muchos sistemas de iluminación LED en invernaderos optan por una mezcla de luz roja y azul debido a que estas longitudes de onda son absorbidas eficazmente por las plantas, lo que las hace particularmente efectivas para el crecimiento. Estudios indican que diferentes proporciones de luz roja y azul pueden influir significativamente en la altura de las plantas, el número de hojas, y el rendimiento de frutas y flores. Aunque las combinaciones de luz roja y azul son muy beneficiosas para la fotosíntesis, el uso exclusivo de estas longitudes de onda puede resultar en desequilibrios fisiológicos, como una excesiva elongación del tallo y expansión de la hoja.
Comparativamente, la iluminación LED blanca ofrece un espectro más amplio y una distribución de luz más natural, proporcionando ventajas únicas para el crecimiento equilibrado de las plantas. Esta iluminación promueve la fotosíntesis y la producción de biomasa, siendo fundamental para la optimización de la morfología de las hojas y la activación de los pigmentos vegetales. Además, la combinación de iluminación suplementaria LED blanca y roja puede mejorar considerablemente el rendimiento de los cultivos, como se ha demostrado en tomates, donde esta configuración no solo aumentó la altura y el rendimiento de las frutas, sino que también aceleró la maduración y aumentó los niveles de nutrientes esenciales como el licopeno y la luteína.
Sin embargo, los estudios que investigan los efectos de los espectros combinados de los LED blancos y los LED rojos con diferentes longitudes de onda en el crecimiento de las verduras siguen siendo limitados, y los mecanismos y efectos de la iluminación suplementaria aún no se entienden bien. Es por ello, que este estudio se ha propuesto explorar los efectos de combinar LED blancos con tres picos de luz roja específicos, a saber, LED blanco + 630 nm, LED blanco + 660 nm y LED blanco + 690 nm , en el crecimiento y desarrollo de la lechuga.
Resultados obtenidos
El experimento consistió, por tanto, en cuatro zonas de tratamiento para el cultivo de lechuga, incluyendo CK (sin iluminación suplementaria), LED blanco + luz roja de 630 nm (T1), LED blanco + luz roja de 660 nm (T2) y LED blanco + luz roja de 690 nm (T3).
Los resultados mostraron como la adición de luz roja de 630 nm, 660 nm y 690 nm a los LED blancos aumentó significativamente el contenido de clorofila en las hojas de lechuga, mejorando así la eficiencia de la fotosíntesis, la acumulación de materia seca y el crecimiento de las raíces. Los resultados muestran que, en comparación con el cultivo sin luz suplementaria, la luz roja en T1, T2 y T3 tuvo un impacto significativo en el desarrollo de la raíz, con T2 funcionando mejor. Esto se debe a que la luz roja de 660 nm puede activar el fitocromo (PHY), que regula el desarrollo de la raíz a través de vías de transducción de señales de luz, promoviendo el alargamiento de la raíz primaria y la formación de raíces laterales. Además, la luz roja de 660 nm aumenta la síntesis y acumulación de auxina, promoviendo aún más el vello de la raíz y la formación adventiciosa de la raíz.
Aunque la luz roja de 630 nm también tiene un efecto promotor, su pico de absorción no se alinea completamente con el rango óptimo para el fotosistema II (PSII), lo que resulta en una menor eficiencia de absorción de fotones en comparación con 660 nm. Por lo tanto, la promoción general de la fotosíntesis y el crecimiento de las raíces por la luz roja de 630 nm fue menos significativa que la de 660 nm.
Asimismo, y a diferencia de estudios anteriores, este experimento mostró que el LED blanco aseguraba un espectro equilibrado para el crecimiento de las plantas, mientras que la adición de luz roja de 630 nm, 660 nm y 690 nm afectó significativamente a los indicadores de crecimiento de las plantas, como la altura de la planta, el diámetro del tallo, el área de la hoja y los pesos frescos y secos. Los resultados indican que el tratamiento T2 (660 nm) mejoró significativamente la altura de la planta, el diámetro del tallo, las características fotosintéticas, los parámetros de la raíz y la fluorescencia de la clorofila en comparación con T1 y T3. Esto puede deberse a la alta eficiencia de 660 nm de luz roja, que es altamente absorbida por la clorofila y los fitocromos. Las plantas ajustan su composición de pigmentos internos, aumentando el contenido de clorofila y optimizando la captura y utilización de la luz, lo que mejora la eficiencia de la fotosíntesis y promueve la acumulación de biomasa. Por el contrario, aunque la luz roja de 630 nm y 690 nm también promovió el crecimiento de las plantas, sus efectos fueron menos pronunciados que los 660 nm.
Puede acceder al restos de resultados, y al paper completo de la investigación a través del siguiente enlace:
https://www.mdpi.com/2311-7524/11/1/43
Imágenes: Freepik-Unsplash. Imágenes procedentes de bancos de recursos que por tanto no pertenecen a la investigación.
