Wang Y., Chu Y., Wan Z., Zhang G., Liu L., Yan Z.
Root Architecture, Growth and Photon Yield of Cucumber Seedlings as Influenced by Daily Light Integral at Different Stages in the Closed Transplant Production System
Horticulturae 2021, 7, 328; doi: 10.3390/horticulturae7090328
Produrre piantine orticole da destinare al trapianto di buona qualità è fondamentale per incrementare la produzione e i guadagni del produttore. Già in studi passati è stato dimostrato che la produzione di piantine compatte permette la crescita di un buon apparato radicale e l’ottenimento di rese elevate, con incremento del contenuto nutrizionale dei prodotti raccolti. Uno dei fattori limitanti la produzione di piantine di buona qualità, specialmente nel periodo invernale, è la radiazione luminosa. L’intensità luminosa (PPFD) e il fotoperiodo hanno un ruolo fondamentale nella regolazione della fisiologia delle giovani piantine e della fotosintesi. Dalla regolazione di entrambi i parametri deriva il quantitativo di radiazione fotosinteticamente attiva ricevuta dalle piante in 24 ore (DLI). Variazioni del DLI possono verificarsi all’incrementare del PPFD con fotoperiodo costante o viceversa. Alla base di quanto descritto, l’obiettivo di questo studio è stato quello di determinare gli effetti di differenti livelli di PPFD e fotoperiodo su morfologia fogliare, struttura radicale, accumulo di carboidrati ed efficienza di utilizzo della radiazione luminosa durante la produzione di piantine di cetriolo.
L’attività è stata svolta in camera di crescita; le piantine di cetriolo sono state coltivate in vasi contenenti 60% di vermiculite, 20% di torba e 20% di perlite; la soluzione nutritiva è stata somministrata per sub-irrigazione. Le piantine di cetriolo sono state coltivate per 21 giorni con sei livelli di DLI: 8,64 – 11,52 – 14,40 – 17,28 – 23,04 – 28,08 mol∙m-2∙d-1. Questi valori sono stati ottenuti combinando due valori di PPFD (200 e 400 µmol∙m-2∙s-1) con tre livelli di fotoperiodo (12, 16 e 20 ore). I moduli LEDs utilizzati avevano spettro di emissione nel bianco.
Dai rilievi effettuati è emerso che la lunghezza dell’ipocotile e l’altezza della pianta sono stati più alti per le piantine coltivate con DLI di 8,64 e 17,28 mol∙m-2∙d-1. In generale, questi due parametri e l’area fogliare specifica (SLA) hanno mostrato una tendenza a decrescere con l’aumentare del DLI, mentre il diametro dello stelo è aumentato passando da 8,04 a 23,04 mol∙m-2∙d-1, per poi diminuire andando oltre questo valore di DLI. Anche la lunghezza e il volume delle radici è aumentato all’aumentare del DLI, ma tra 14,40 e 28,08 mol∙m-2∙d-1 non ci sono state variazioni significative per questi parametri. Questi risultati, confermano quanto è già stato affermato in studi precedenti, ossia che l’aumento di radiazione riduce la concentrazione di gibberelline della pianta, riducendo così l’allungamento dell’ipocotile e l’espansione delle foglie. Infatti, dallo studio del parametro SLA, ottenuto dividendo l’area fogliare per il contenuto di sostanza secca delle foglie, è emerso che alti valori di DLI portano alla produzione di foglie più sottili. In piantine di cicoria, basilico e lattuga, contrariamente, all’aumentare del DLI aumenta il contenuto di sostanza secca delle foglie. Invece, la crescita radicale è un processo fisiologico sotto il controllo genetico ed ambientale. Come è anche emerso in questo studio, alti valori di DLI promuovono l’accrescimento delle radici e l’aumento della biomassa radicale, come conseguenza dell’aumento dell’attività fotosintetica. In generale, l’aumento del volume radicale e/o della lunghezza delle radici, aiuta la pianta ad esplorare meglio il substrato e ad assorbire più acqua e nutrienti. Inoltre, la differenza di accumulo di biomassa nei trattamenti è aumentata nel corso del tempo ma, comunque, le piantine coltivate con DLI di 23,04 mol∙m-2∙d-1 hanno mostrato una produzione di biomassa fresca e secca maggiore rispetto alle piantine coltivate con DLI di 8,04 mol∙m-2∙d-1. Questo risultato è strettamente legato all’aumento dell’attività fotosintetica della pianta e all’aumento dell’assorbimento radicale. Mentre, riguardo alla resa fotonica della radiazione supplementare, questa ha mostrato un andamento decrescente all’aumentare dei valori di DLI. Inoltre, anche il contenuto fogliare di clorofilla a e b ha mostrato una tendenza decrescente all’aumentare del DLI. Infatti, la clorofilla è il principale pigmento antenna delle piante ed è deputato ad assorbire la radiazione fotosinteticamente attiva. Il meccanismo di sopravvivenza delle piante tende ad aumentare l’accumulo di clorofilla a livello fogliare, con valori sub-ottimali di radiazione, ai fini di assorbirne quanta più possibile, mentre con valori di radiazione fotosinteticamente attiva elevati la pianta riduce l’assorbimento radiativo per evitare eventuali stress. Per quanto riguarda il tasso fotosintetico netto, questo ha manifestato un andamento crescente passando dal valore più basso di DLI fino a 23,04 mol∙m-2∙d-1, per poi decrescere nelle piantine coltivate con DLI di 28,08 mol∙m-2∙d-1, suggerendo che valori di DLI troppo elevati determinato una perdita di efficienza della catena di trasporto degli elettroni nel processo fotosintetico. Dai risultati ottenuti è emerso che le piantine di cetriolo utilizzano in maniera più efficiente la radiazione assorbita con bassi valori di PPFD e che la resa fotonica più elevata si è registrata 16 giorni dopo il trapianto. Questo risultato può essere importante ai fini commerciali, per regolare l’intensità luminosa della radiazione artificiale, in funzione dello stadio di crescita della coltura. Infine, con l’aumento del fotoperiodo con bassi valori di PPFD o viceversa (bassi valori di fotoperiodo e alto PPFD) è stato incrementato il contenuto dei carboidrati delle piantine di cetriolo, mentre il contenuto di glucosio è aumentato incrementando le ore di fotoperiodo e l’intensità della radiazione luminosa (PPFD). Il glucosio è una molecola fondamentale per i processi fisiologici della pianta, come la respirazione cellulare, ed è fondamentale che questa molecola sia a disposizione della pianta per garantirne un corretto e continuo sviluppo.
In conclusione, durante l’attività effettuata in camera di crescita è emerso che aumentando il DLI, attraverso l’aumento del PPFD e del fotoperiodo, si riescono ad ottenere piantine più compatte e vigorose, grazie anche allo sviluppo dell’apparato radicale, ma la resa fotonica si riduce. Considerando la crescita delle piantine e l’utilizzo efficiente dell’energia elettrica, i valori di DLI suggeriti per la produzione di piantine di cetriolo sono compresi tra 14,40 e 23,04 mol∙m-2∙d-1. Infine, considerando la resa fotonica, i valori di DLI possono essere modulati in funzione dello stadio di crescita della piantina.
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