La agricultura en entornos controlados (CEA, por sus siglas en inglés) ha dejado de ser una tecnología reservada a unos pocos nichos para convertirse en una plataforma estratégica para producir alimentos con mayor previsibilidad, menor dependencia del clima y un control mucho más preciso de las condiciones de cultivo. En estos entornos, la iluminación artificial ya no se entiende sólo como una fuente de energía para sostener la fotosíntesis, sino como una herramienta de regulación fisiológica capaz de modificar la arquitectura de la planta, su reparto de biomasa y, en última instancia, su rendimiento comercial. Sin embargo, aunque existe bastante información sobre cultivos de hoja y de fruto, los cultivos de raíz siguen mucho menos estudiados bajo estas condiciones.

El rábano es un buen ejemplo de esa laguna. Se trata de una especie de ciclo corto, compacta y con interés tanto nutricional como productivo, lo que la convierte en una candidata lógica para sistemas CEA. Aun así, no está claro qué tipo de luz conviene utilizar para maximizar la formación de la raíz, que es precisamente la parte comercial del cultivo. 

Un reciente estudio experimental aborda esta cuestión analizando el impacto de lámparas de sodio de alta presión (HPS) y tres módulos LED de espectro completo “sunlike” sobre las características morfofisiológicas del rábano y sobre la reflectancia difusa de sus hojas. Los resultados muestran que la composición espectral de la luz influye directamente en el desarrollo de la raíz y en la eficiencia fotosintética, destacando los espectros con mayor contenido de azul como los más favorables para mejorar el rendimiento del cultivo en estos entornos controlados. 

Un ensayo para entender cómo responde el rábano al espectro

El experimento se llevó a cabo en condiciones controladas utilizando dos cultivares de rábano con perfiles distintos. Uno de ellos, Pernot, está pensado para cultivo en campo abierto, aunque también puede formar raíces comerciales bajo iluminación artificial. El otro, Peterburgskiy fioletovyy, fue desarrollado específicamente para cultivo en ambiente controlado y, además, incorpora en su genealogía al propio Pernot. La comparación entre ambos permitía evaluar hasta qué punto la respuesta a la luz depende del genotipo y hasta qué punto está marcada por el tratamiento lumínico.

Las plantas se cultivaron bajo cuatro escenarios. El primero fue una lámpara HPS, utilizada como referencia porque este tipo de fuente se había empleado anteriormente en trabajos de mejora genética y selección de materiales. Los otros tres tratamientos fueron luminarias LED de espectro completo desarrolladas para reproducir una luz “sunlike” con distintas temperaturas de color: 3000 K, 4000 K y 5000 K. Aunque todos los tratamientos mantuvieron el mismo nivel de irradiancia en la región PAR y el mismo fotoperiodo de 14 horas, la distribución espectral era distinta. La lámpara LED 3, de 5000 K, era la que presentaba la mayor proporción de luz azul, mientras que la LED 1, de 3000 K, concentraba más peso en la fracción roja.

Esa diferencia es esencial para interpretar los resultados. Las fuentes HPS, como es sabido, concentran una parte muy importante de su emisión en el amarillo y el naranja, mientras que las tres luminarias LED empleadas en el estudio aumentaban la presencia de azul, rojo y verde dentro de la radiación fotosintéticamente activa. Además, los módulos LED no eran simples combinaciones rojo-azul, sino sistemas de espectro completo capaces de cubrir toda la región PAR, algo relevante porque permite aproximarse más a una condición de luz natural y evita algunos de los huecos espectrales típicos de otras soluciones de iluminación hortícola.

Durante el cultivo se midieron parámetros morfofisiológicos básicos, como la masa fresca de la raíz y de las hojas, el número de hojas, el área foliar o el espesor de la lámina. También se calcularon índices orientados a describir mejor el reparto de biomasa, como la proporción de raíz respecto al total de la planta y el índice de atracción, que relaciona la masa de la raíz con la masa foliar. Junto a ello, el trabajo incorporó una vertiente menos habitual pero especialmente valiosa: el análisis de la reflectancia difusa de las hojas y de distintos índices ópticos vinculados al contenido de pigmentos y a la eficiencia fotosintética.

Más azul para la raíz, más rojo para la hoja

Uno de los mensajes más sólidos del estudio es que la composición espectral no modificó de forma drástica toda la biomasa producida, pero sí cambió la manera en la que la planta la distribuyó. Y en un cultivo como el rábano eso es decisivo, porque la parte comercial no son las hojas, sino la raíz engrosada. Desde ese punto de vista, la lámpara LED 3 fue la más interesante. Su mayor contenido de azul favoreció la formación de plantas con una roseta más compacta y con una tendencia clara a concentrar más recursos en la raíz.

En la variedad Peterburgskiy fioletovyy, la masa media de la raíz alcanzó 23,21 g bajo LED 3, frente a 21,46 g con LED 2 y 20,64 g con LED 1. En Pernot, la secuencia fue similar: 16,73 g con LED 3, 15,49 g con LED 2 y 15,32 g con LED 1. No siempre hubo diferencias estadísticamente significativas en todos los casos, pero la tendencia fue consistente en ambos genotipos. A medida que aumentaba la temperatura de color y con ella la fracción azul del espectro, también aumentaba la masa de la raíz. En paralelo, la biomasa foliar seguía la tendencia contraria. Bajo LED 1, con más rojo, las plantas producían más hoja y un área foliar mayor, mientras que bajo LED 3 reducían algo esa expansión aérea y orientaban mejor su crecimiento hacia el órgano de reserva.

Eso se reflejó también en los índices integrales. Tanto la proporción de raíz sobre la masa total como el índice de atracción alcanzaron sus valores más altos con LED 3, especialmente en la variedad adaptada a CEA. En otras palabras, la planta no solo producía una raíz más pesada, sino que destinaba una fracción mayor de sus recursos a la parte económicamente útil del cultivo. Para una instalación de agricultura vertical o una fábrica de plantas, donde la eficiencia por superficie, tiempo de ciclo y consumo energético es crítica, este dato tiene una lectura muy práctica: no basta con mirar el crecimiento total, hay que ver hacia dónde está yendo la biomasa.

El comportamiento bajo HPS también fue llamativo. En términos de masa de raíz, los resultados de la HPS y la LED 3 fueron muy similares. En la variedad adaptada a CEA, por ejemplo, la masa media de raíz fue de 23,59 g bajo HPS y de 23,21 g bajo LED 3. Esto sugiere que la lámpara LED 3 puede igualar el rendimiento de una tecnología tradicional de referencia, pero con un espectro más controlable y, potencialmente, con ventajas operativas propias de la tecnología LED. En cambio, LED 1 ofreció los peores resultados productivos, con reducciones del rendimiento respecto a HPS del 21 % en Peterburgskiy fioletovyy y del 24 % en Pernot.

La interpretación fisiológica que proponen los autores encaja bien con lo que ya se sabe sobre respuestas espectrales. La luz roja suele estimular el crecimiento de la parte aérea, mientras que la azul tiende a frenar la elongación, aumentar la compacidad y, en determinados cultivos, favorecer el desarrollo radicular o la asignación de asimilados hacia órganos de almacenamiento. En rábano, esa lógica parece confirmarse con bastante claridad. El tratamiento más rico en azul no generó la planta más grande en términos de hoja, pero sí la más eficiente desde el punto de vista comercial.

Lo que revela la hoja: reflectancia, pigmentos y eficiencia fotosintética

Otra de las aportaciones más interesantes del trabajo está en el análisis óptico de las hojas. El estudio no se limitó a medir peso o tamaño, sino que examinó cómo cambiaba la radiación reflejada por la superficie foliar en distintos rangos del espectro. Este enfoque resulta especialmente útil porque permite inferir, de forma no destructiva, información sobre pigmentos, estructura foliar y funcionamiento fotosintético.

Los resultados mostraron que las hojas de las plantas cultivadas bajo LED 3 reflejaban menos radiación en las bandas azul y roja que las cultivadas bajo LED 1 y LED 2. Esa menor reflectancia sugiere una mayor absorción de luz justamente en los rangos donde la fotosíntesis es más eficiente. En la práctica, implica que el aparato fotosintético estaría aprovechando mejor la energía incidente. Esta observación encaja con el mejor comportamiento productivo de LED 3 y refuerza la idea de que no basta con suministrar fotones: importa mucho qué longitudes de onda se están absorbiendo realmente y cómo responde la planta a ellas.

También se observaron diferencias entre genotipos. La variedad Peterburgskiy fioletovyy reflejó menos PAR que Pernot en todos los tratamientos, lo que apunta a una mayor capacidad de absorción y, posiblemente, a una mejor adaptación al cultivo bajo luz artificial. 

Los índices de reflectancia vinculados a clorofila siguieron un patrón bastante claro. El contenido relativo de clorofila por unidad de superficie fue mayor bajo HPS que bajo LED, pero dentro de los tratamientos LED aumentó de forma progresiva desde LED 1 hasta LED 3. Es decir, aunque la HPS seguía marcando los valores más altos, la LED 3 era la que más se acercaba a esa referencia.

En los índices asociados a carotenoides y antocianinas también aparecieron señales de interés. El SIPI aumentó bajo LED, aunque los propios autores señalan que ese incremento parece estar muy condicionado por la reducción del contenido de clorofila, lo que complica separar ambos efectos. Más sugerente es el caso de las antocianinas, cuyos índices aumentaron de forma marcada bajo los tratamientos LED respecto a HPS. Esto podría interpretarse como parte de una respuesta adaptativa a un entorno lumínico más exigente, especialmente en presencia de más azul. Las antocianinas, además de su papel pigmentario, pueden participar en mecanismos de fotoprotección, algo coherente con la hipótesis de una regulación fina del aparato fotosintético frente a un espectro más energético.

Otro dato interesante fue la disminución del índice R800 bajo LED. Este parámetro está relacionado con la dispersión interna de la luz en la hoja y, aunque su interpretación no es siempre sencilla, en este estudio mostró relaciones negativas con el área foliar, el número de hojas y la biomasa aérea. 

Conclusión

El estudio confirma el potencial de las luminarias LED de espectro completo tipo sunlike para el cultivo de rábano en agricultura en entorno controlado. La composición espectral de la luz influyó de forma significativa tanto en las características morfofisiológicas de las plantas como en las propiedades ópticas de sus hojas. En particular, un mayor contenido de radiación azul favoreció el desarrollo de las raíces y permitió alcanzar los niveles más altos de rendimiento bajo el tratamiento LED 3, que además mostró una menor reflectancia foliar y mayores índices asociados al contenido de clorofila.

Las futuras líneas de investigación se orientarán al diseño de entornos lumínicos capaces de favorecer el desarrollo de sistemas fotosintéticos óptimos en el rábano, con el objetivo de mejorar la eficiencia en el uso de la radiación incidente. Asimismo, se prevé avanzar en el desarrollo de metodologías de monitorización no invasiva del estado fisiológico de las plantas basadas en el análisis de sus características ópticas, lo que podría facilitar estrategias de control más precisas en sistemas de producción agrícola altamente tecnificados.

Puede acceder al paper completo de la investigación a través del siguiente enlace:

https://www.mdpi.com/2311-7524/12/1/74

Portada: Imagen de recurso generada por IA que no pertenece a la investigación