Miliauskien J., Karlicek R.F.Jr., Kolmos E.
Effect of Multispectral Pulsed Light-Emitting Diodes on the Growth, Photosynthetic and Antioxidant Response of Baby Leaf Lettuce (Lactuca sativa L.)
Plants 2021, 10, 762; doi: 10.3390/plants10040762
La luce è un parametro fondamentale per il ciclo vitale delle piante e la sua qualità, quantità e durata (fotoperiodo) ha notevoli effetti sul metabolismo, sulla crescita e sullo sviluppo della pianta. Con lo sviluppo della tecnologia LED è possibile creare una “ricetta luminosa” in termini di spettro di emissione, intensità luminosa e fotoperiodo in funzione della specie coltivata, della fase di crescita della pianta e degli obiettivi del produttore. Inoltre, questa tecnologia è applicabile anche in camere di crescita per le coltivazioni indoor o per scopi di ricerca. Un altro vantaggio della tecnologia LED è la migliore efficienza d’uso dell’energia elettrica, rispetto alle precedenti tecnologie di illuminazione artificiale utilizzate. Questo aspetto è di notevole interesse, in quanto si stima che il costo energetico per l’utilizzo della radiazione supplementare incida per circa il 25% sui costi totali di produzione. L’obiettivo di questa ricerca è stato quindi quello di abbassare i costi di funzionamento dei LEDs incrementando l’efficienza fotosintetica della pianta e ottimizzando la radiazione emessa dalle lampade. Negli ultimi anni, una possibile strategia per abbassare i costi di funzionamento dell’impianto LED è l’utilizzo della radiazione pulsante. L’irradiazione dell’impulso viene generata utilizzando una tecnica di modulazione dell’ampiezza dell’impulso costituita da periodi di luce e oscurità che operano a varie frequenze; poiché le piante possono crescere bene con impulsi della durata di pochi secondi piuttosto che con un’esposizione continua, diventa possibile esplorare il risparmio energetico estendendo il periodo di buio tra gli impulsi (fattore di lavoro). L’ipotesi è che una frequenza definita di impulsi possa portare alla medesima produzione con un minor numero di fotoni investiti. Pertanto, l’obiettivo di questo studio è stato quello di determinare la crescita, le risposte fotosintetiche e il contenuto di antiossidanti della lattuga coltivata con radiazione LEDs pulsante e con LEDs a luce continua, fornendo la stessa quantità di radiazione giornaliera (DLI).
L’attività è stata svolta in camera di crescita e la varietà di lattuga romana utilizzata è stata la “Defender”. Le piantine sono state coltivate in cubi di lana di roccia e fertirrigate per sub-irrigazione con la soluzione nutritiva di Hoagland e Arnon. Per i trattamenti luminosi è stato utilizzato lo stesso spettro luminoso (full spectrum), fotoperiodo di 16 ore e DLI di 14,4 mol·m-2∙d-1. Il trattamento di luce continua è stato confrontato con quello di luce pulsante a 0,5 kHz e luce pulsante a 1 kHz. Alla fine del ciclo di coltivazione sono state fatte determinazioni sui parametri biometrici, fotosintetici e biochimici della coltura.
Dai risultati è emerso che la lattuga coltivata con radiazione pulsante aumenta la quantità di biomassa fresca e secca prodotta rispetto alle condizioni di luce continua, e lo stesso andamento è stato osservato per l’area fogliare. Infatti, tra l’accumulo in biomassa e l’aumento dell’area fogliare è stata riscontrata una correlazione positiva in condizioni di luce pulsante, e questo permette di ipotizzare che in condizioni di luce pulsante la pianta dirotta la produzione di biomassa verso le foglie per meglio intercettare la radiazione luminosa. I risultati ottenuti in studi precedenti sono spesso contrastanti quando si confrontano strategie luminose di luce continua con strategie a luce intermittente, ma spesso questi sono condizionati dal fatto che il trattamento con luce intermittente fornisce un DLI inferiore alla coltura rispetto al trattamento a luce continua. Invece, in questa attività sperimentale, fornendo un DLI di 14,4 mol·m-2∙d-1 per entrambi i trattamenti luminosi, è emerso che la lattuga incrementa la produzione di biomassa con luce pulsante a 0,5 e 1 kHz e un ciclo di lavoro al 50%. Anche i contenuti di clorofilla a, clorofilla b e carotenoidi e il flusso netto di fotosintesi sono aumentati nel trattamento con luce pulsante; tra le due frequenze di pulsazione, quella a 1kHz ha ottenuto i valori più alti per questi pigmenti. Il fatto che il tasso fotosintetico netto sia aumentato in condizioni di luce pulsante è dipeso dalla maggiore capacità della pianta di intercettare la radiazione luminosa, mentre l’aumento dei pigmenti fotosintetici può essere stato influenzato positivamente dalla regolazione genica che la radiazione pulsante ha avuto nei confronti dei geni responsabili dell’attivazione degli enzimi coinvolti nella biosintesi di queste molecole. Inoltre, la correlazione positiva individuata tra il flusso fotosintetico netto e l’accumulo di biomassa sotto luce pulsante lascia presupporre che l’aumento del flusso fotosintetico netto sia responsabile del maggior accumulo di biomassa. Inoltre, la pulsazione dei LEDs ha generato degli effetti sul metabolismo secondario della lattuga, che con luce pulsante a 1kHz ha ottenuto il più alto contenuto di sostanze fenoliche.
In generale, in questa attività di ricerca è emerso che la luce pulsante a 0,5 e 1 kHz incrementa la produzione di biomassa della lattuga coltivata in camera di crescita e aumenta la sintesi di clorofilla e carotenoidi rispetto alla luce continua. Inoltre, in funzione della frequenza di pulsazione, i LEDs influenzano il metabolismo secondario della coltura e quindi la biosintesi di composti nutraceutici come i polifenoli. La frequenza e la velocità di pulsazione influenzano le risposte delle colture e necessitano di essere meglio studiate in future ricerche.
HTML e PDF: https://doi.org/10.3390/plants10040762