La sandía, tradicionalmente asociada a climas cálidos y cultivos de verano, representa un reto agronómico cuando se traslada al entorno invernal. En países como Japón, donde el valor comercial de frutas fuera de temporada puede alcanzar cotas elevadas, la posibilidad de extender el cultivo de sandía a los meses de menor radiación solar se convierte en una oportunidad estratégica para la agricultura de alto valor añadido.

Entre noviembre y marzo, la intensidad lumínica natural en Japón desciende hasta niveles subóptimos para especies fotodependientes como el Citrullus lanatus (Sandía), reduciendo la capacidad fotosintética, la formación de flores y el rendimiento por planta. Para abordar esta limitación, un grupo de investigadores ha evaluado el uso de iluminación LED suplementaria dentro de invernaderos controlados como herramienta para compensar la deficiencia lumínica estacional y optimizar el desarrollo del cultivo.

El estudio, recientemente publicado, compara el efecto de dos niveles de iluminación LED —900 y 1500 µmol/m²/s— aplicados durante cuatro horas diarias tras la puesta de sol. Los resultados son reveladores no solo en términos de rendimiento productivo y calidad del fruto, sino también en cuanto a la eficiencia energética y fisiológica de cada tratamiento lumínico.

Diseño experimental: luz medida y crecimiento monitorizado

El experimento se llevó a cabo en un invernadero situado en el sur de Japón entre enero y mayo de 2024. Se utilizó un diseño completamente aleatorizado con tres grupos de tratamiento: control (solo luz natural), LED900 (900 µmol/m²/s) y LED1500 (1500 µmol/m²/s). La iluminación artificial se aplicó cada día de 17:00 a 21:00, desde el trasplante hasta la cosecha.

Se eligió la variedad de sandía de fruto pequeño Hitorijime 7, habitual en el mercado japonés, por su rápida maduración y demanda creciente. Para asegurar un control riguroso, se monitorizaron múltiples parámetros fisiológicos, morfológicos y bioquímicos durante todo el ciclo de cultivo: contenido en clorofila, tasa fotosintética, desarrollo vegetativo, floración, producción de frutos, calidad organoléptica (azúcares y ácidos), y concentración de nutrientes esenciales como calcio (Ca²⁺) y magnesio (Mg²⁺) en las hojas de la región de cuajado.

Resultados

Más luz no siempre es mejor: el rendimiento óptimo se logra con moderación

Uno de los hallazgos más relevantes del estudio es que el tratamiento con LED a 900 µmol/m²/s no solo fue suficiente para estimular el desarrollo del cultivo, sino que superó al tratamiento de mayor intensidad (1500 µmol/m²/s) en prácticamente todos los parámetros evaluados.

El contenido en clorofila —indicador directo de la capacidad fotosintética— se incrementó significativamente bajo ambos niveles de iluminación LED respecto al control. Sin embargo, fue en el grupo LED900 donde se registraron los mejores índices de fotosíntesis, favorecidos por una mayor disponibilidad de Mg²⁺, cofactor esencial en la síntesis de clorofila.

El efecto se tradujo en un crecimiento más uniforme, con mayor número de flores femeninas y un desarrollo más acelerado de los frutos. Curiosamente, a pesar de que LED1500 también mejoró la tasa fotosintética respecto al control, comenzó a mostrar signos de fotoinhibición —una sobreestimulación lumínica que daña los mecanismos fotosintéticos— y un rendimiento decreciente en fases avanzadas del cultivo.

De la fisiología a la productividad: más frutos, mayor peso y mejor calidad

El rendimiento por planta aumentó un 31 % en el tratamiento LED900 respecto al control, alcanzando los 3,0 kg por planta frente a los 2,28 kg del grupo sin iluminación artificial. El tratamiento LED1500 mostró un incremento más modesto del 14 %, confirmando que la mayor intensidad no garantizaba una mayor producción.

Los frutos cultivados bajo LED900 también presentaron características morfológicas superiores: mayor diámetro, mayor grosor de la pulpa y menor grosor de la cáscara, lo que redunda en un mejor aprovechamiento comercial. Asimismo, se observó una maduración más rápida, con un contenido más alto de azúcares solubles (°Brix) y una menor acidez, aspectos críticos para la percepción sensorial y aceptación del consumidor.

Otro indicador interesante fue el mayor número de semillas maduras (negras) en los frutos del grupo LED900, lo que sugiere una maduración fisiológica más completa y acelerada.

Procesos bioquímicos modulados por la luz: metabolismo secundario y calidad del fruto

Además de los aspectos morfológicos, la investigación profundiza en el impacto de la iluminación LED sobre el metabolismo secundario del fruto. El aumento del contenido de azúcares y la reducción de la acidez en los frutos tratados con LED900 apuntan a una activación de rutas metabólicas clave en la maduración.

La regulación de compuestos como el ácido málico y el ácido cítrico —principales responsables del sabor ácido en frutos no maduros— se vio alterada por la iluminación artificial, que favoreció su degradación más rápida y, por tanto, una transición más temprana a perfiles de sabor dulces.

Estos cambios están mediados por la acción lumínica sobre enzimas específicas, como la malato deshidrogenasa o la citrato sintasa, cuyo comportamiento está fuertemente influenciado por la calidad e intensidad de la luz. Así, la iluminación LED se consolida no solo como herramienta de crecimiento, sino como modulador de la calidad final del producto.

Conclusión 

Este estudio confirma que la iluminación LED suplementaria es una herramienta eficaz para superar las limitaciones lumínicas propias del invierno, mejorando de forma significativa el crecimiento, el rendimiento y la calidad de la sandía cultivada en invernadero. La aplicación de luz artificial a intensidades adecuadas permitió mantener altos niveles de clorofila y magnesio en las hojas, favoreciendo la eficiencia fotosintética y acelerando el desarrollo temprano de las plantas. Esta combinación se tradujo en una mayor tasa de cuajado, un incremento del rendimiento por planta y una mejora sustancial de la calidad del fruto.

Entre los tratamientos evaluados, la intensidad de 900 µmol/m²/s demostró ser la más eficaz, al impulsar el crecimiento sin provocar fotoinhibición, a diferencia de intensidades superiores. Los frutos producidos bajo esta condición presentaron mayor concentración de azúcares, menor acidez y un mayor grado de madurez, características que reflejan una aceleración del proceso de desarrollo y una mejora en los atributos organolépticos.

En conjunto, los resultados ponen de relieve el potencial de la tecnología LED como solución técnica viable para optimizar el cultivo de sandía durante los meses de invierno en sistemas protegidos. Además, aportan evidencia valiosa para el diseño de estrategias de producción fuera de temporada, con aplicaciones directas tanto para productores como para investigadores que buscan maximizar la eficiencia agronómica bajo condiciones controladas.

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

https://www.mdpi.com/2311-7524/11/3/262