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Jun 13, 2023

Lejos

Nota del editor: esta es la primera de una serie de dos partes. En la agricultura ambiental controlada, se han centrado grandes esfuerzos en mejorar el rendimiento, la calidad y la uniformidad de los cultivos mediante la aplicación.

Nota del editor: esta es la primera de una serie de dos partes.

En la agricultura ambiental controlada, se han centrado grandes esfuerzos en mejorar el rendimiento, la calidad y la uniformidad de los cultivos mediante la aplicación de iluminación eléctrica, ya sea como complemento o sustituto de la luz solar. Entre las diversas fuentes de iluminación eléctrica, los diodos emisores de luz (LED) están ganando cada vez más popularidad debido a su eficiencia energética, su larga vida útil y su baja emisión de calor. Los avances en la tecnología LED también han permitido una regulación precisa de la calidad espectral de la luz, lo que ha llevado al desarrollo de estrategias de cultivo innovadoras basadas en respuestas fotobiológicas. Una de esas estrategias implica la aplicación de luz roja lejana (FR) (700-800 nm), que ha demostrado ser muy eficaz para regular los rasgos morfológicos de las plantas y mejorar potencialmente el rendimiento de los cultivos tanto en sistemas agrícolas verticales como en invernaderos. Los cambios morfológicos inducidos por la luz FR, como el alargamiento del tallo/hoja y la expansión de la hoja, pueden mejorar la captura de fotones y la fotosíntesis y, en consecuencia, promover el crecimiento de las plantas.

Además del control de la iluminación, a menudo se ha utilizado el aumento de la temperatura para acelerar el crecimiento de las plantas dentro de un rango de temperatura óptimo. Sin embargo, las temperaturas cálidas también inducen cambios morfológicos similares a los de la luz FR. Las características morfológicas compartidas sugieren una regulación interactiva de la morfología y el crecimiento de las plantas tanto por la luz FR como por las temperaturas cálidas. Como tanto la temperatura como la luz se pueden controlar estrictamente en la producción de cultivos en ambientes controlados, es importante comprender sus efectos interactivos sobre el crecimiento y la morfología de las plantas para optimizar la producción y evitar pérdidas no deseadas.

Para investigar el efecto interactivo entre la luz FR y la temperatura en el crecimiento y la morfología de las plantas, se llevaron a cabo una serie de experimentos en colaboración con la Universidad Estatal de Colorado (CSU) y la Investigación AgriLife de la Universidad Texas A&M. Estos experimentos tenían como objetivo proporcionar información aplicable tanto a la producción de cultivos en invernadero como en interiores. En esta primera mitad de un artículo de dos partes, abordaremos principalmente el manejo de la temperatura y la aplicación de luz FR para la producción de cultivos de interior.

Se realizaron dos experimentos en cámaras de crecimiento de la Universidad Texas A&M en College Station. Nuestro primer estudio investigó los efectos interactivos entre la luz FR y la temperatura sobre el crecimiento y la morfología de las plantas de lechuga 'Rex' y albahaca 'Genovese'. Se crearon tres tratamientos espectrales (0%FR, 10%FR y 20%FR) reemplazando parcialmente fotones rojos con fotones FR en tres condiciones de temperatura (20°C, 24°C y 28°C). Todos los tratamientos tuvieron la misma densidad de flujo de fotones total (TPFD; 400-800 nm) de 250 μmol·m-2·s-1 (intensidad de luz típica utilizada para verduras de hojas verdes en granjas verticales) con un fotoperíodo de 12 h [integral de luz diaria (DLI) de 10,8 mol·m-2·d-1]. En un segundo estudio, investigamos más a fondo si los efectos interactivos entre la FR y la temperatura sobre el crecimiento y la morfología de las plantas dependían de la intensidad de la luz. Duplicamos la intensidad de la luz (TPFD aumentó de 250 a 500 μmol·m-2·s-1) manteniendo todas las demás condiciones experimentales iguales.

En ambos estudios, las semillas se sembraron en macetas de plástico cuadradas de 1,6 L en un invernadero. Las plántulas se trasladaron a cámaras para tratamientos seis días después de la germinación. En el momento de la cosecha (20 a 30 días después del tratamiento), se recolectaron pesos frescos y secos y datos morfológicos, incluido el número de hojas, el largo y ancho de las hojas, la altura y el ancho de las plantas y el área foliar total.

Las temperaturas más cálidas aceleraron la tasa de crecimiento de las plantas y aumentaron el peso seco de los brotes tanto en lechuga como en albahaca. El aumento de la temperatura de 20 °C a 28 °C provocó que el peso seco de los brotes aumentara en un 93% en lechuga y en un 498% en albahaca a 0%FR. Sin embargo, el efecto de la luz FR sobre la biomasa vegetal dependía de las condiciones de temperatura (Fig. 1). Por ejemplo, a medida que el porcentaje de FR aumentó del 0 % al 20 %, el peso seco de los brotes de lechuga aumentó significativamente en un 26 % a una temperatura fría de 20 °C, pero disminuyó en un 32 % a una temperatura alta de 28 °C. En la albahaca, el aumento de FR La luz de 0 a 20% aumentó significativamente el peso seco de los brotes en un 49% a temperaturas más frías (20-24° C) pero no tuvo ningún efecto sobre la biomasa de la planta a 28° C. El efecto de la luz y la temperatura FR sobre el área foliar total fue similar a el del peso seco del brote en ambas especies. Estos efectos interactivos entre FR y la temperatura indican que la temperatura del ambiente de cultivo debe considerarse cuidadosamente al aplicar luz FR en granjas de interior.

Cuando la intensidad de la luz aumentó de 250 μmol·m-2·s-1 a 500 μmol·m-2·s-1, una observación particularmente interesante fue que el efecto interactivo entre la FR y la temperatura sobre el crecimiento y la morfología de las plantas disminuyó. Tanto en lechuga como en albahaca, el área foliar total y el peso seco de los brotes aumentaron consistentemente al aumentar la luz FR independientemente de la temperatura a un TPFD más alto de 500 μmol·m-2·s-1, mientras que la luz FR promovió la expansión de las hojas solo a temperaturas más frías (20 -24° C) a TPFD de 250 μmol·m-2·s-1 (Fig. 2). Estos resultados sugieren que los factores ambientales (es decir, luz FR, temperatura e intensidad de la luz) regulan interactivamente el crecimiento y la morfología de las plantas, destacando la importancia de cooptimizar múltiples factores ambientales para optimizar la producción de cultivos.

Descubrimos que aumentar la temperatura dentro de un rango óptimo es eficaz para mejorar el rendimiento de los cultivos. Sin embargo, observamos una disminución en la biomasa vegetal al aplicar luz FR a temperaturas cálidas (28 °C), especialmente con intensidades de luz más bajas. Para evitar pérdidas involuntarias de rendimiento de los cultivos, recomendamos limitar el uso de luz FR a condiciones de temperatura más frías (20-24 °C) cuando se cultivan con intensidades de luz relativamente bajas que se usan típicamente en granjas de interior (alrededor de 250 μmol·m-2· s-1).

Además, nuestro estudio reveló que el efecto interactivo entre la luz FR y la temperatura disminuye a medida que aumenta la intensidad de la luz. La aplicación de luz FR (hasta un 20 % en este estudio) aumentó consistentemente el crecimiento tanto de la lechuga como de la albahaca independientemente de las condiciones de temperatura con una intensidad de luz más alta de 500 μmol·m-2·s-1. Cuando se utiliza una mayor intensidad de luz para el cultivo, la luz FR podría aplicarse en un rango de temperatura más amplio para promover el crecimiento de las plantas. Sugerimos que se realicen más estudios para examinar las respuestas específicas de los cultivos a la luz, la temperatura y la intensidad de la luz FR.

Joshua Craver es profesor asistente y Anthony Percival es estudiante de posgrado en CSU; Shuyang Zhen es profesor asistente, Genhua Niu es profesor y Sangjun Jeong es estudiante de Texas A&M.

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