Li L., You-Xin T., Jung-ling L., Yang-mei L., Xin L., Rui-feng C.
Morphology, Photosynthetic Traits, and Nutritional Quality of Lettuce Plants as Affected by Green Light Substituting Proportion of Blue and Red Light
Frontiers in Plant Science 2021, 12, 627311; doi: 10.3389/fpls.2021.627311
Intensità luminosa e fotoperiodo non sono le uniche caratteristiche della radiazione luminosa che influenzano la crescita e la qualità degli ortaggi; anche la composizione dello spettro luminoso ha un ruolo altrettanto fondamentale nell’interazione tra pianta ed energia luminosa. Per molti anni è passato il concetto che la radiazione verde non fosse utile per l’attività fotosintetica della pianta, probabilmente perché le piante non posseggono specifici recettori per questo spettro luminoso. Infatti, crittocromi, fitocromi e fototropine sono fotorecettori specifici per l’assorbimento di radiazione rossa e blu e per questo gli impianti di illuminazione artificiale installati in campo agricolo emettono principalmente nella regione del rosso e del blu. Tuttavia, studi recenti hanno dimostrato gli effetti positivi della radiazione verde sulla crescita e la fisiologia delle piante. Lo spettro verde permette una migliore distribuzione dell’energia assorbita tra le foglie della pianta, in quanto riesce a penetrare tra la canopy fogliare, mentre gran parte della radiazione rossa e blu è schermata dalle foglie superiori. Inoltre, la radiazione verde può indurre a sintomi di eccessivo ombreggiamento (simili a quelli causati dalla radiazione rosso lontano), shiftando i crittocromi dallo stato semi-ridotto (causato dall’assorbimento della luce blu) allo stato completamente ridotto e inattivo. Quindi, la radiazione verde svolge una funzione antagonista rispetto alla radiazione blu. Sulla base di questi meccanismi fisiologici, recenti studi hanno dimostrato che sostituendo negli impianti LEDs parte della radiazione rossa e blu con radiazione verde si assiste ad incrementi di peso fresco e peso secco nel pomodoro e/o nella lattuga. Proprio per questo, l’obiettivo del presente studio è stato quello di sostituire la radiazione artificiale rossa e blu con livelli via via crescenti di radiazione verde, andando poi a studiare gli effetti sulla crescita e morfologia della pianta, caratteristiche stomatiche, fotosintesi e contenuto nutrizionale. Il materiale vegetale utilizzato per la prova è stato Lactuca sativa cv. ‘Tiberius’ ed i trattamenti luminosi impostati sono stati i seguenti: RB (160 µmol m-2s-1 di luce rossa e 40 µmol m-2s-1 di luce blu ), G30 (136 µmol m-2s-1 di luce rossa, 34 µmol m-2s-1 di luce blu e 30 µmol m-2s-1 di luce verde ), G60 (112 µmol m-2s-1 di luce rossa, 28 µmol m-2s-1 di luce blu e 60 µmol m-2s-1 di luce verde ) e G90 (88 µmol m-2s-1 di luce rossa, 22 µmol m-2s-1 di luce blu e 90 µmol m-2s-1 di luce verde). In tutti i trattamenti il rapporto tra rosso e blu è stato di 4:1. Il ciclo di coltivazione è durato 20 giorni, al termine del quale sono stati effettuati rilievi morfologici e fisiologici sulle piante.
Il peso fresco, il peso secco e l’area fogliare delle piante sono stati più elevati con i trattamenti G30 e G60 rispetto ai trattamenti RB e G90, mentre la lunghezza dello stelo è aumentata all’aumentare del rapporto luce verde/luce blu nello spettro di illuminazione artificiale, confermando che la radiazione verde induce risposte di “fuga dall’ombra” simili a quelle causate dalla radiazione rosso lontano. Probabilmente il trattamento G90 ha mostrato parametri morfologici simili al trattamento RB in quanto la resa del flusso fotonico della radiazione fotosinteticamente attiva si riduce all’aumentare della percentuale di radiazione verde nello spettro luminoso, annullando gli effetti sulla morfologia della pianta, visti per i trattamenti G30 e G60. Inoltre, le foglie di lattuga hanno mostrato la più alta capacità di assorbanza e di trasmittanza alla radiazione fotosinteticamente attiva nella regione del verde, quindi la trasmittanza delle foglie alla radiazione è stata più alta per i trattamenti che contenevano luce verde rispetto allo spettro rosso + blu (RB), mentre l’assorbanza è stata più alta per il trattamento luminoso che non conteneva la componente verde dello spettro fotosintetico. Il fatto che la radiazione verde sia stata trasmessa maggiormente rispetto alla radiazione rossa e blu ci spiega in parte perché aumentando il rapporto luce verde/luce blu la pianta mostra i sintomi di “fuga dall’ombra” (allungamento dello stelo, aumento dell’area fogliare e della lunghezza fogliare).
Anche la densità stomatica è stata positivamente influenzata dall’aggiunta della radiazione verde allo spettro RB, manifestando i valori più alti nel trattamento G90. In maniera inversa, l’apertura stomatica è diminuita all’incrementare della componente verde nello spettro luminoso, in quanto già precedenti studi hanno dimostrato che la luce verde ha un effetto opposto a quello della luce blu sull’apertura stomatica, causandone la parziale chiusura. Come spiegato in precedenza, questo dipende dall’effetto della luce verde sullo shift dei crittocromi dallo stato attivo (semi-ridotto) allo stato inattivo.
Relativamente ai pigmenti fotosintetici (clorofilla e carotenoidi), questi hanno raggiunto le più alte concentrazioni tra la seconda e la quarta foglia, mentre per i trattamenti G60 e G90 questo è avvenuto tra la quarta e la sesta foglia. Nei trattamenti con luce verde, il contenuto di pigmenti fotosintetici è stato stabile tra la sesta e la quattordicesima foglia, mentre per il trattamento RB, passando dalla dodicesima alla ventesima foglia, il loro contenuto è diminuito. In generale, nel trattamento RB c’è stata una maggiore differenza nel contenuto di pigmenti fotosintetici tra le prime e le ultime foglie, mentre questa differenza è stata attenuata dai trattamenti con luce verde, suggerendo che lo spettro verde favorisce la distribuzione della radiazione nella canopy. Questi risultati evidenziano ancora una volta come la più alta trasmittanza della vegetazione alla luce verde permetta una migliore distribuzione della radiazione fotosinteticamente attiva tra la vegetazione.
Infine, l’accumulo dei carboidrati nelle foglie è stato maggiore per le piante di lattuga coltivate sotto luce verde rispetto a quelle coltivate con trattamento RB. Infatti, le concentrazioni di amido e saccarosio sono state più elevate per le piante coltivate con G60 e G30 rispetto agli altri trattamenti. Più in generale, aumentando il rapporto luce verde/luce blu è aumentato il contenuto di solidi solubili totali nella lattuga, mentre è diminuito il contenuto di nitrati. Riguardo al contenuto di nitrati, anche precedenti studi dimostrano come la luce verde determini una riduzione nell’accumulo dei nitrati, probabilmente regolando l’espressione di specifici geni.
In conclusione, in questo studio è emerso che sostituendo parte della radiazione rosso + blu con radiazione verde si ottengono effetti positivi sulla coltivazione della lattuga. In particolare, utilizzando il 30% di luce verde su una base di rosso + blu, non solo si incrementa la superficie fogliare e la produzione, ma anche l’accumulo di carboidrati e i solidi solubili totali. Tuttavia, anche utilizzando il 15% o il 45% di luce verde si ottengono degli effetti positivi rispetto al solo spettro rosso + blu in quanto l’area aumenta rispetto al trattamento RB e l’accumulo di nitrati si riduce. Incrementando fino al 45% il contenuto di radiazione verde nello spettro luminoso la produzione non aumenta rispetto allo spettro RB, quindi in questo studio si ipotizza che la percentuale di luce verde ottimale per la coltivazione della lattuga si attesti tra il 15% e il 30%.
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