Shibaeva T.G., Sherudilo E.G., Rubaeva A.A., Titov A.F.
Continuous LED Lighting Enhances Yield and Nutritional Value of Four Genotypes of Brassicaceae Microgreens
Plants, 2022, 11, 176; DOI: 10.3390/plants11020176
I micro-ortaggi sono giovani e tenere plantule di specie orticole, aromatiche e/o erbacee commercializzate allo stadio di foglie cotiledonari e/o con le prime due foglie vere appena abbozzate. Spesso, i micro-ortaggi sono stati definiti super-alimenti per l’elevato contenuto di sostanze ad azione bioattiva e vengono generalmente utilizzati nell’alta ristorazione per guarnire e decorare i piatti. I micro-ortaggi sono principalmente coltivati in serra o in ambiente indoor con l’applicazione dell’illuminazione supplementare (in serra) o artificiale (in camere di crescita). L’illuminazione artificiale permette di incrementare la quantità di energia luminosa fornita dal sole (per le coltivazioni in serra) o di sostituirla completamente in condizioni indoor. Tuttavia, il consumo di energia elettrica per l’applicazione dell’illuminazione artificiale è notevole, ed arriva a coprire fino al 70-80% dei costi di produzione. Tuttavia, con l’utilizzo della tecnologia LED, che permette di selezionare lo spettro di emissione, di regolare l’intensità luminosa ed è caratterizzata da alta efficienza di utilizzo della radiazione elettrica, i costi di funzionamento dell’impianto di radiazione supplementare si sono notevolmente ridotti rispetto al passato. Inoltre, per incrementare l’efficacia di questa tecnologia sulle coltivazioni, la ricerca sta sviluppando una serie di strategie basate sulla modifica del fotoperiodo, dello spettro e dell’intensità luminosa. Infatti, in questo studio è stato studiato l’effetto della radiazione continua fornita da moduli LED e lampade fluorescenti sulla coltivazione e il contenuto di sostanze bioattive di quattro specie di micro-ortaggi appartenenti alla famiglia delle Brassicaceae (rucola, mizuna, ravanello e broccoli). È stata scelta questa famiglia botanica in quanto numerosi studi hanno confermato che i micro-ortaggi di Brassicaceae contengono un’elevata quantità di sostanze ad azione bioattiva.
L’attività è stata svolta in camera di crescita e le plantule sono state raccolte nove giorni dopo la semina. I trattamenti luminosi sono stati effettuati dal quarto giorno dopo la semina fino alla raccolta e consistevano nell’applicazione di radiazione artificiale LED o lampade fluorescenti per 16 e 24 ore. La radiazione LED aveva uno spettro di 50% rosso, 21% verde e 29% blu, ma per tutti i trattamenti luminosi il PPFD impostato è stato di 270 µmol·m-2·s-1.
In generale, il trattamento luminoso a luce continua ha determinato un miglioramento delle prestazioni di crescita e produzione dei micro-ortaggi, mentre lievi differenze sono state evidenziate tra gli spettri luminosi. Più nel dettaglio, i micro-ortaggi coltivati sotto luce continua hanno mostrato un ridotto allungamento dell’ipocotile ed un indice di robustezza maggiore rispetto ai trattamenti luminosi con 16 ore di fotoperiodo. Anche il contenuto di sostanza secca nelle foglie ha mantenuto lo stesso andamento tra i trattamenti luminosi analizzati. L’incremento della sostanza secca prodotta è stato determinato dal fatto che nei trattamenti a luce continua è stato fornito un maggior daily light integral (DLI) rispetto al trattamento con 16 ore di fotoperiodo e questo ha messo a disposizione delle plantule un maggior quantitativo di radiazione fotosinteticamente attiva, che è stata quindi convertita in biomassa. Inoltre, grazie al maggior quantitativo di sostanza secca prodotta, l’ipocotile è risultato essere più robusto e l’emissione dei primi due abbozzi fogliari è stato più rapido rispetto al trattamento con fotoperiodo di 16 ore. Questo significa che con l’applicazione della radiazione continua si potrebbe accorciare il ciclo di produzione dei micro-ortaggi e questo sarebbe particolarmente gradito ai produttori. Relativamente al contenuto di pigmenti fotosintetici (clorofilla e carotenoidi), i micro-ortaggi coltivati con luce continua hanno mostrato un più basso contenuto di clorofilla, soprattutto nel caso di rucola e mizuna. Inoltre, confrontando gli spettri luminosi, la rucola e la mizuna coltivate con lampade fluorescenti hanno mostrato un contenuto più basso di clorofilla e carotenoidi rispetto al trattamento con LED. Ed ancora, il trattamento con luce continua ha determinato un notevole incremento di antociani e flavonoidi in tutti i campioni analizzati rispetto ai trattamenti luminosi con fotoperiodo di 16 ore. In generale, come meccanismo di fotoprotezione, i micro-ortaggi coltivati con luce continua hanno ridotto il contenuto di clorofilla ed incrementato il contenuto di carotenoidi, antociani e flavonoidi, incrementando il contenuto generale di sostanze bioattive e non mostrando alcuna anomalia di colorazione esterna, che avrebbe potuto compromettertene la commercializzazione. Infine, dall’analisi di determinati segnali di stress foto-ossidativi, come la produzione di perossido di idrogeno, è emerso che nei tessuti dei micro-ortaggi coltivati con radiazione continua, questo composto è incrementato notevolmente. In generale, il contenuto di enzimi ad attività antiossidante nei micro-ortaggi coltivati con luce continua è aumentato notevolmente rispetto alle condizioni di coltivazione con fotoperiodo di 16 ore. Questi risultati confermano come il trattamento a luce continua inneschi una serie di reazioni foto-protettive da parte delle piante, che consistono nell’incremento di enzimi e antiossidanti che contrastano l’azione dei radicali liberi.
In generale i trattamenti con luce continua, specialmente quando effettuati con tecnologia LED, determinano un miglioramento delle prestazioni di crescita della pianta ed un incremento della produzione. Inoltre, l’accumulo di sostanze antiossidanti ad azione foto protettiva determina un significativo aumento dei composti bioattivi dei micro-ortaggi. Per meglio capire se questa tecnica di produzione è sostenibile per le aziende, in futuro dovrà essere studiato come l’efficienza di utilizzo della radiazione varia tra il trattamento a luce continua e quello con 16 ore di fotoperiodo, in quanto l’innesco di reazioni di foto-protezione mi fa pensare che l’efficienza fotosintetica cali notevolmente nel trattamento a luce continua, con conseguente innalzamento dei costi di produzione.
HTML e PDF: https://doi.org/10.3390/plants11020176