Respuesta de plántulas de tomate a luces LED

Por Dr. Ricardo Hernández y Dra. Chieri Kubota, Departamento de Ciencias Vegetales, Universidad de Arizona, EUA

La iluminación complementaria en invernaderos se utiliza en áreas geográficas y en estaciones del año en las que la luz solar es un factor limitante para la producción.

Los trasplantes de hortalizas como las plántulas de pimiento y pepino muestran mayor crecimiento y mejor calidad cuando la radiación fotosintéticamente activa es complementada con lámparas de sodio a alta presión (HPS) convencionales. Las nuevas lámparas de diodos emisores de luz de alta intensidad (LED) son una alternativa potencial a la tecnología de iluminación actual debido a su larga vida funcional, baja temperatura de operación, bajo consumo de energía y al rango selectivo del espectro que emiten.el dr r hernandez univ of arizona

Sin embargo, antes de ser introducida al mercado de los invernaderos comerciales, esta tecnología debe ser evaluada por lo que se refiere a factibilidad económica, facilidad de colocación de las lámparas dentro del dosel vegetal/ invernadero, intensidad de la radiancia y calidad del espectro requerido para el crecimiento vegetal.

Los dos rangos de longitudes de onda que han sido ampliamente aceptados son el rojo (600 a 700 nm) y el azul (400 a 500 nm). Por lo general, se recomienda añadir luz azul para mantener la morfología de las plantas y aumentar al máximo el crecimiento vegetal.

En contraste, se ha realizado muy poca investigación sobre los requisitos de la calidad de la luz LED al ser utilizada en invernaderos como complemento al espectro PAR de luz solar, (400-700 nm), la cual contiene alrededor de 31% de azul sobre la base energética (400-500 nm). De manera típica, los viveros bajo invernadero en Norteamérica para plántulas de hortalizas utilizan iluminación complementaria durante —18 horas al día; desde media noche hasta después del amanecer. Siguiendo esta práctica convencional de fotoperiodo e intensidad, hemos examinado las cualidades de luz LED roja y azul a distintas proporciones.

A fin de probar la hipótesis de que el requisito de la calidad de luz pueda verse afectado por los niveles del Integral de Luz Diaria (DLI), diseñamos el experimento para comparar las respuestas de las plantas a las calidades de luz, bajo dos niveles diferentes de DLI, creados dentro del invernadero por medio de malla sombra.

Material vegetativo y condiciones de crecimiento

Utilizamos el cultivar ‘Komeett’ de tomate en el experimento.

Las semillas se colocaron en una cámara de crecimiento oscura, sobre papel filtro humedecido, dentro de una caja petri, a 29°C durante 2 días, hasta la emergencia de la radícula.

Las semillas germinadas fueron transferidas a una charola de plántulas de 98 celdas, llenas con un substrato comercial. Las charolas se colocaron dentro del invernadero ubicado en Tucson, Arizona, EUA, cubierto por una capa doble de acrílico.

Las temperaturas de día y noche fuero 25.4±0.4 y23.1±0.4°C respectivamente controladas por un sistema de enfriamiento evaporativo de pared húmeda.

El invernadero se dividió en dos subcompartimientos norte-sur para crear diferentes niveles de DLI (Integral de Luz Diaria, por sus siglas en inglés) de 8.9±0.9 mol m-2 d-1 (DLI bajo) en una mitad, y 19.4±1.9 mol m-2 d-1 (DLI alto) en la otra mitad, utilizando mallas sombra.

Se ajustaron tres tratamientos de calidad de luz y un control “sin luz” en ambos lados. Los tres tratamientos consistieron en:

1) 100% roja:0% azul,

2) 96% roja:4% azul, y

3) 84% roja:16% azul.

 

Todos los tratamientos con LED proporcionan la misma radiancia de 55.5±1.4 μmol m-2 s-1, como flujo de fotones fotosintéticos (PPF) sobre el dosel vegetal (fotoperiodo de 18-h, de las 2:00 a las 20:00 HR) desde 8 días (expansión del cotiledón) hasta 19 días (segunda etapa de hoja verdadera).

Esto aumentó el DLI promedio en 3.6 mol m-2 d-1, en ambos lados del invernadero.

plantula de tomateMediciones en las plantas

Un día antes de que se realizaran las mediciones destructivas en las plantas (18 días después de la siembra, cuando las plantas alcanzaron la etapa de la segunda hoja verdadera), se realizaron mediciones de fotosíntesis con un sistema portátil de fotosíntesis con 1000 μmol m-2 s-1 PPF (lámpara de halógeno, bajo temperatura de invernadero 25±2°C y concentración ambiental de CO2.

Después de las mediciones de fotosíntesis, se practicaron escisiones en las partes aéreas de las plantas (brotes) desde la base, para registrar el número de hojas (longitud de hoja >1 cm), longitud del hipocotíleo, diámetro del tallo y área de las hojas. Los brotes fueron procesados para extraerles la clorofila, o fueron deshidratados a 80°C durante al menos 48 horas para obtener la masa seca de los brotes.

Diseño experimental y análisis de datos

Las secciones centrales de las charolas de 98 celdas se dividieron en 8 secciones pequeñas con 9 celdas (una unidad experimental).

El tratamiento consistió en 8 unidades experimentales con 9 plantas por unidad experimental.

Se agruparon cuatro unidades experimentales formando un bloque (dos bloques por tratamiento).

En cada bloque se mezclaron las cuatro unidades experimentales para reducir al mínimo el efecto del lugar dentro de la charola.

Asimismo, se cambió la ubicación de los tres tratamientos con LED y el control, dentro del mismo invernadero, para mejorar la uniformidad de las condiciones ambientales a las cuales estuvieron expuestas las plantas de cada tratamiento.

Se realizó un análisis de varianza (P=0.05) para identificar cualquier diferencia entre los tratamientos, considerando las 9 secciones de celdas como una unidad experimental (n=8).

Desempeño de las plántulasluces LED en plantulas de tomate

El número de hojas no mostró ninguna diferencia entre los tratamientos, incluyendo el control (sin LED), bajo condiciones de DLI alto (P=0.391) y DLI bajo (P=0.215).

Los tratamientos LED mostraron un aumento en la masa seca de los brotes comparados con el control bajo condiciones de DLI baja (55-57%) (P=0.001) y no hubo diferencias significativas en comparación con el control bajo condiciones de DLI alta (P=0.657). No se detectaron diferencias entre los tratamientos LED.

No se encontraron diferencias en la longitud del hipocotíleo, en comparación con el control con DLI alta (P=0.093) y DLI baja (P=0.063).

No se presentaron diferencias significativas en la longitud del hipocotíleo entre los tratamientos LED. El diámetro del tallo con DLI alta no produjo ninguna diferencia entre los tratamientos y el control (P=0.569).

En contraste, los tratamientos LED con DLI baja mostraron un incremento (18-19%) en el diámetro del tallo, comparado con el control (P<0.0001). No hubo diferencias significativas en el diámetro del tallo entre los tratamientos LED con DLI baja. El área foliar no mostró ninguna diferencia estadística entre los tratamientos y el control, bajo condiciones de DLI alta (P=0.993) y DLI baja (P=0.232).

La concentración de clorofila mostró un incremento bajo los tratamientos con luz LED 100% roja: 0% azul y 96% roja: 4% azul; en comparación con el control sin luz, (20 y 24% respectivamente); así como los tratamientos 100% roja: 0% azul mostraron un incremento (13%) en comparación con el tratamiento de luz 84% roja, 16% azul bajo DLI (P=0.0002).

Con DLI bajo, la concentración de clorofila mostró un incremento (17-21%) con las luces LED, en comparación con el control (P=0.0004).

No se detectaron diferencias significativas entre los tratamientos LED bajo condiciones de DLI bajo. No se encontraron diferencias significativas entre los tratamientos, incluyendo el grupo control respecto a NPR bajo condiciones de DLI alto (P=0.703) y baja (P=0.630).

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