Samuoliene G., Miliauskiene J., Kazlauskas A., Virsile A.

Growth Stage Specific Lighting Spectra Affect Photosynthetic Performance, Growth and Mineral Element Contents in Tomato

Agronomy 2021, 11, 901; doi: 10.3390/agronomy11050901

Tra le tecnologie di illuminazione artificiale utilizzate per le coltivazioni in ambiente controllato, i LED (light emitting diodes) permettono di modulare lo spettro di emissione dei corpi illuminanti in funzione della specie coltivata e della sua fase fenologica. Modificare lo spettro luminoso in funzione dello stadio di sviluppo della pianta permette di agire sulla struttura e fisiologia della pianta, di ottimizzare la produzione e di migliorare l’efficienza d’uso dell’energia luminosa. Per valutare gli effetti dell’applicazione di differenti spettri di illuminazione durante lo sviluppo vegeto-riproduttivo della pianta è stato utilizzato il pomodoro (Solanum Lycopersicum L.), specie orticola diffusa in tutto il mondo e maggiormente coltivata in ambiente protetto. Inoltre, questa specie viene coltivata in ciclo annuale e per garantire il successo produttivo è fondamentale partire da piantine con apparato radicale ampio, massa fogliare adeguata e stelo robusto. Per ottenere piantine con queste caratteristiche è opportuno un ottimale bilanciamento delle lunghezze d’onda del blu (B) e del rosso (R) dello spettro luminoso. Successivamente è necessario che la pianta formi rapidamente l’apparato fogliare per assorbire più radiazione possibile, differenzi i fiori e promuova l’allegagione dei frutti. Questo è possibile sostituendo parte degli spettri B e R con lo spettro verde (G). Infine, è necessario promuovere l’accrescimento e maturazione dei frutti ed incrementare la sintesi di composti antiossidanti innalzando il rapporto tra spettro B e R ed eventualmente fornendo radiazione UV-A.

Per verificare quanto detto, durante questa attività di ricerca le piante di pomodoro sono state coltivate in camera di crescita con tre differenti spettri di illuminazione: ‘piantina’ (P; 30%B,69%R, 1% FR), ‘crescita’ (C; 20%B, 10%G, 69%R e 1% FR) e ‘produzione’ (F; 25%B, 74%R, 1%FR, 1,6 mW cm-2 di FR). Per tutti i trattamenti è stato impostato un PPFD di 250 ∙m-2∙s-1 e un DLI di 14,40 ∙m-2∙d-1. Per ciascuna fase del ciclo vegetativo le piante sono state suddivise in base ai trattamenti luminosi in questa maniera:

 Spettro luminoso
PiantinaCrescitaProduzione
Stadio di crescitaPiantina

(1-3 settimane dopo la germinazione)

P

C

F

Sviluppo vegetativo

(3-8 settimane dopo germinazione)

PP

PC – CC

FF

Produzione

(8 -12 settimane dopo germinazione)

PPP

PCC – CCC

PCF – FFF – CCF

 

Le determinazioni sono state effettuate alla fine delle tre fasi del ciclo colturale della pianta; oltre alle determinazioni su crescita e attività fotosintetica è stato analizzato il contenuto di minerali delle foglie. Inoltre, sono stati effettuati rilievi sugli scambi gassosi e sulla fluorescenza.

Subito dopo la germinazione lo spettro ‘P’ ha incrementato la traspirazione delle piantine di pomodoro rispetto agli altri due spettri, ma questo non ha determinato un miglioramento delle performance fotosintetiche della pianta mentre ha permesso di migliorare l’efficienza d’uso dell’acqua. Inoltre, l’applicazione dello spettro ‘F’ allo stadio di piantina ha determinato una riduzione dell’attività fotosintetica molto probabilmente dovuta a fenomeni di foto-inibizione causati dalla componente UV-A. Durante lo sviluppo vegetativo, invece, l’attività fotosintetica e di scambi gassosi è stata più elevata per le piante allevate con spettro ‘PP’ rispetto a ‘PC’ e ‘CC’, mentre è stata intermedia per le piante allevate con spetto ‘FF’.

Infine, durante lo stadio di ‘produzione’ le piante illuminate con spettro ‘PCF’, ‘FFF’ e ‘GGF’ hanno mostrato attività fotosintetica, efficienza d’uso dell’acqua e della luce più elevati rispetto agli altri trattamenti.

I differenti spettri luminosi applicati nella prima fase di sviluppo non hanno influenzato la morfologia della piantina, mentre nello stadio di sviluppo intermedio l’aggiunta dello spettro verde ha leggermente ridotto l’area fogliare e il peso fresco della pianta rispetto ai trattamenti ‘PP’ e ‘FF’. Inoltre, nello stadio di sviluppo ‘produzione’, cambiando gli spettri di emissione dei LED non si sono verificate differenze sul numero di frutti raccolti.

Riguardo al contenuto di elementi minerali nelle foglie, sia per i macro che per i micronutrienti è emerso che l’applicazione dello spettro verde nel secondo stadio di sviluppo considerato ne aumenta la concentrazione.

In conclusione, gli effetti dello spettro luminoso sulla morfologia e fisiologia della pianta dipendono dallo stadio di crescita di quest’ultima, e durante questa attività sperimentale è stato dimostrato che variando gli spettri di illuminazione artificiale considerati non si producono evidenti effetti dal punto di vista morfologico, fisiologico e produttivo. Molto spesso, i caratteri esaminati sono influenzati dallo spettro di illuminazione artificiale che viene applicato per ultimo ma per il futuro sarà importante investigare in maniera approfondita le relazioni tra l’alternanza degli spettri in funzione dello stadio di sviluppo e il metabolismo primario e secondario di diversi genotipi di pomodoro, in quanto è stato verificato che applicando agli spettri B e R (spettri fotosinteticamente più efficienti) gli spettri G, FR e UV-A il valore nutrizionale del frutto potrebbe accrescersi.