N.A. Elmardy, A.F. Yousef, K. Lin, X. Zhang, M.M. Ali, S.F. Lamlom, H.M. Kalaji, K. Kowalczyk, Y. Xu
Photosynthetic performance of rocket (Eruca sativa Mill.) grown under different regimes of light intensity, quality, and photoperiod
Plos One 2021, 16(9): e0257745; doi: 10.1371/journal.pone.0257745
La rucola appartiene alla famiglia delle Brassicaceae ed è uno degli ortaggi da foglia più consumati a livello mondiale, in quanto è particolarmente apprezzata dai consumatori per il suo sapore pungente e la consistenza croccante. Data l’importanza di questo ortaggio a livello mondiale, durante questo studio è stato studiato l’effetto di differenti intensità luminose, spettri di emissione e fotoperiodi di illuminazione artificiale sulla crescita, sui pigmenti fotosintetici, sulle performance produttive, sulla fisiologia e sul contenuto di composti ad azione bioattiva. Ormai, è ben noto che le piante usano la radiazione sia per svolgere l’attività fotosintetica, sia come segnale regolatore dell’attività fisiologica, ma ancora non è chiaro come la pianta risponda alla variazione contemporanea dei diversi parametri dell’illuminazione (spettro, intensità luminosa e fotoperiodo).
L’attività è stata condotta in dieci camere di crescita, ognuna dedicata ad un trattamento luminoso:
- LM1: (PPFD) 220 µmolm-2·s-1; spettro Rosso:Verde:Blu 7:0:3; fotoperiodo 10 ore;
- LM2: 220 µmolm-2·s-1; 3:0:7; 12 ore;
- LM3: 220 µmolm-2·s-1; 5:2:3; 14 ore;
- LM4: 190 µmolm-2·s-1; 7:0:3; 12 ore;
- LM5: 190 µmolm-2·s-1; 3:0:7; 14 ore;
- LM6: 190 µmolm-2·s-1; 5:2:3; 10 ore;
- LM7: 160 µmolm-2·s-1; 7:0:3; 14 ore;
- LM8: 160 µmolm-2·s-1; 3:0:7; 10 ore;
- LM9: 160 µmolm-2·s-1; 5:2:3; 12 ore
- Controllo: 190 µmolm-2·s-1; spettro bianco; 12 ore.
In ogni camera di crescita (singolo trattamento luminoso) sono state coltivate 20 piantine di rucola, garantendo le ottimali condizioni di temperatura, umidità e rifornimento idrico. Le piantine sono state coltivate fino al ventottesimo giorno dopo la semina, momento in cui sono state effettuate le determinazioni morfologiche, fisiologiche e biochimiche.
Dall’attività sperimentale è emerso che l’allungamento dello stelo, l’allungamento delle radici e l’area fogliare sono stati maggiori per le piantine di rucola coltivate con il trattamento luminoso LM1, mentre il contenuto di sostanza secca è risultato essere maggiore con i trattamenti luminosi a più alta intensità luminosa; tra questi, le piante di rucola ottenute col trattamento LM3 hanno mostrato il contenuto di sostanza secca più elevato, facendo ipotizzare che la radiazione verde ha un ruolo nella traslocazione dei fotosintetati dalle radici alle foglie. I principali pigmenti responsabili dell’assorbimento della radiazione luminosa nelle piante sono la clorofilla a, la clorofilla b e i carotenoidi. Considerando i differenti trattamenti luminosi è emerso che il più alto contenuto di clorofilla a è stato trovato per il trattamento LM4, la più alta concentrazione di clorofilla b è stata individuata in LM3 e il più alto contenuto di carotenoidi è stato misurato in LM1. Anche in questo caso, i trattamenti con spettri rosso, blu e verde hanno mostrato un più alto contenuto di pigmenti fotosintetici, come è stato già individuato in studi precedenti. Analizzando, invece, la concentrazione di composti bioattivi è emerso che la concentrazione di vitamina C nelle foglie di rucola è stata più elevata nel trattamento LM3, seguita poi dai trattamenti LM6, LM7 e LM9. Questo andamento dimostra che gli spettri di illuminazione artificiale con più alto contenuto di radiazione rossa favoriscono l’accumulo di vitamina C nelle foglie di rucola. Mentre, considerando l’incremento della concentrazione dei nitrati, questi sono risultati essere più elevati per i trattamenti luminosi con PPFD < 190 µmol·m-2·s-1 e spettro con rapporto luce rossa : blu di 3:7. Anche per questo parametro, l’andamento è conforme con studi precedentemente pubblicati su riviste scientifiche internazionali, che dimostrano il ruolo dello spettro rosso e blu nell’accumulo di nitrati in altri ortaggi da foglia, come la lattuga.
Dall’analisi dell’attività fotosintetica, attraverso i parametri della fluorescenza, è emerso che l’efficienza fotosintetica del fotosistema II (Y(II)) è stata più elevata per il trattamento LM2, ovvero quello con più basso contenuto percentuale di radiazione rossa. In contrasto con quanto affermato in bibliografica dove è indicato che uno spettro di illuminazione artificiale con rapporto luce rossa : luce blu più spostato verso il rosso favorisce l’incremento del parametro Y(II). In generale, le piante di rucola coltivate con trattamento luminoso LM2 hanno mostrato una maggiore abilità di risposta agli stress luminosi attraverso lo studio dei parametri Y(NPQ) e Y (NO). Mentre dallo studio dei parametri qP (photochemical quenching) e ETR (electron transport ratio) le piante coltivate con i trattamenti luminosi LM2, LM7 e controllo hanno ottenuto i valori più elevati.
In conclusione, durante questa attività sperimentale è emerso che le performance fisiologiche e produttive della rucola incrementano quando questa è coltivata con spettro di illuminazione supplementare rosso + blu e con fotoperiodo inferiore alle 14 ore. Tuttavia, la mancanza di tendenze chiare tra i diversi parametri morfologici, fisiologici e biochimici studiati suggerisce che, per comprendere l’effetto delle interazioni di intensità luminosa, spettro di emissione e fotoperiodo sulla crescita delle piante, è necessario studiare più caratteristiche come l’intensità della fotosintesi e l’analisi molecolare. Infine, in questo studio è stato dimostrato che la risposta delle piante alle differenti “ricette luminose” varia in funzione del genotipo.