Modarelli G.C., Paradiso R., Arena C., De Pascale S., Van Labeke M.C.
High Light Intensity from Blue-Red LEDs Enhance Photosynthetic Performance, Plant Growth, and Optical Properties of Red Lettuce in Controlled Environment
Horticulturae, 2022, 8, 114; Doi: 10.3390/horticulturae8020114
Per rendere la produzione agricola indipendente dall’andamento stagionale e dalla disponibilità di suolo, anche grazie alla diffusione della tecnologia LED, sono sempre più diffusi i sistemi di coltivazione verticale e in ambiente indoor. Con questi sistemi di coltivazione è possibile coltivare suoli non particolarmente vocati all’attività agricola e risparmiare fino all’80-90% di acqua, rispetto alla tradizionale tecnica di coltivazione in campo aperto. Tuttavia, le coltivazioni indoor necessitano dell’illuminazione artificiale, che impegna più del 60% dei costi di funzionamento in un impianto di vertical farming. La sfida per l’immediato futuro è quella di incrementare l’efficienza dell’energia luminosa fornita dai LED, massimizzando la produttività della coltura ed incrementando la concentrazione delle sostanze ad azione bioattiva negli ortaggi. Per far questo, durante questa attività di ricerca sono stati proposti tre livelli di daily light integral da applicare con 16 ore di fotoperiodo per la coltivazione di lattuga a foglia rossa in camera di crescita. È stata scelta la lattuga in quanto questa è una delle specie orticole più utilizzate nel vertical farming. Inoltre, mentre la lattuga a foglia verde è particolarmente sensibile a valori di DLI maggiori di 17 mol∙ m−2·giorno−1, la lattuga a foglia rossa si adatta più facilmente a valori di DLI più elevati. La cultivar di lattuga a foglia rossa utilizzata è stata ‘Blackhawk’, lo spettro luminoso è stato il medesimo per tutti i trattamenti (80% rosso e 20% blu) e i DLI applicati sono stati 7,49, 14,92 e 22,41 mol∙ m−2·giorno−1 raggiunti grazie a tre PPFD: 130 (BR130), 259 (BR259) e 389 (BR389) µmol∙ m−2·sec−1. È stato valutato l’effetto dei questi trattamenti luminosi su scambi gassosi, fluorescenza e crescita della pianta.
Il tasso fotosintetico netto e il tasso di traspirazione sono più che raddoppiati passando dal trattamento con intensità luminosa più bassa a quella più alta, mentre l’efficienza di utilizzo della radiazione più elevata è stata rilevata con il trattamento BR130. Diversamente, l’efficienza d’uso dell’acqua non è stata influenzata dai trattamenti luminosi attestandosi intorno a 2,7 mol CO2·mol H2O. Considerando i parametri della fluorescenza, l’efficienza fotochimica del fotosistema II non è stata diversa nei trattamenti luminosi, mentre l’efficienza della catena di trasporto degli elettroni e la dissipazione dell’energia fotochimica sono state più elevate con le intensità luminose più alte, a causa di una maggior frazione di centri di reazione aperti nel fotosistema rispetto a BR130. La maggiore efficienza d’uso della radiazione rilevata a bassi livelli di PPFD deriva dal fatto che l’eccesso di radiazione potrebbe danneggiare l’apparato fotosintetico e la pianta, per evitare questo, innesca una serie di reazioni di fotoprotezione che tra le altre cose portano ad un incremento della sintesi di composti ad attività antiossidante, come i carotenoidi e gli antociani, per contrastare le forme reattive dell’ossigeno (ROS) formatesi. Invece, nella valutazione dell’assorbanza fogliare nella regione del PAR è emerso che le foglie di lattuga coltivate sotto BR259 e BR389 hanno una maggiore assorbanza rispetto a BR130, mentre per la trasmittanza è stato osservato l’esatto opposto. Infatti, incrementando l’intensità luminosa lo spessore delle foglie aumenta permettendo alla pianta di assorbire più radiazione luminosa e trasmetterne meno. Infine, considerando la crescita della pianta, i tre livelli di PPFD non hanno influenzato l’area fogliare, ma nel trattamento BR389 è stato osservato il più alto peso fresco di foglie e radici e la più alta produzione di biomassa sempre nelle foglie e nelle radici.
In conclusione, durante questo studio è emerso che la fotosintesi netta aumenta con l’intensità della luce e che incrementando il DLI attraverso l’intensità luminosa viene incrementata l’attività della catena di trasporto degli elettroni e viene stimolata la sintesi di antociani e carotenoidi, con effetti positivi sulla fotoprotezione delle piante. Quindi il trattamento BR389 è sembrato essere il più indicato per incrementare le performance fotosintetiche della varietà di lattuga a foglia rossa utilizzata.
HTML e PDF: https://doi.org/10.3390/horticulturae8020114