Redescubrir la luz blanca
Espectro amplio frente a espectro estrecho
Las tecnologías de iluminación hortícola han mejorado mucho en el último siglo, pero la manipulación del espectro luminoso es un concepto bastante nuevo. Dado que las plantas tienden a absorber más la luz roja y azul, las demás longitudes de onda se han considerado innecesarias para su crecimiento y desarrollo. A medida que avanzó la tecnología LED, también lo hizo la capacidad de proporcionar espectros individuales, y los aparatos de luz rosa/morada inundaron el mercado de la iluminación hortícola. Independientemente de esta afluencia de productos, la investigación sobre la iluminación de las plantas siguió explorando las numerosas interacciones que éstas tienen con la luz y, finalmente, empezó a desaconsejar la idea de que las plantas sólo necesitaban dos espectros individuales para un crecimiento óptimo. Aunque sigue habiendo mucha discrepancia sobre la función principal de la luz en el rango de 550 nm a 600 nm, así como en las bandas de onda del rojo lejano y el ultravioleta, la investigación ha demostrado muchas funciones e incluso beneficios de la incorporación de estos espectros. Para ayudarle a comprender cómo perciben la luz las plantas, este artículo profundiza en los numerosos receptores y pigmentos conocidos que las plantas utilizan para percibir y responder a su entorno.
Cómo utilizan la luz las plantas
La percepción de la luz humana y vegetal utiliza muchas de las mismas moléculas, sin embargo, nuestros ojos se engañan más fácilmente. La luz roja, azul y verde de banda estrecha, mezclada en la proporción adecuada, es percibida por el ojo humano como luz blanca. Sin embargo, una planta es muy consciente de que está recibiendo tres espectros individuales y su hábito de crecimiento demostrará esa percepción. La luz blanca de amplio espectro puede adoptar muchas formas dependiendo de la fuente. Para el ojo humano, la mayoría de las veces percibimos estos diferentes espectros como más fríos (azul) o más cálidos (naranja/rojo), dependiendo de si se trata de una lámpara de halogenuros metálicos o de sodio de alta presión o, en el caso de los LED y las bombillas fluorescentes, del tipo de recubrimiento de fósforo utilizado. Sin embargo, para una planta, cada longitud de onda individual puede promover un hábito de crecimiento y una respuesta fotomorfogénica diferentes.
Los fotones entrantes son absorbidos por los pigmentos, que absorben la luz como energía, y los fotorreceptores, que perciben la luz como una señal. Cuando son absorbidos por el pigmento más conocido, la clorofila, los fotones pueden utilizarse para impulsar la fotosíntesis y el crecimiento. Sin embargo, la clorofila por sí sola, con su amplio espectro de absorción, no basta para captar la luz de forma eficaz. El "complejo antena" es un concepto que describe cómo los pigmentos accesorios, como los carotenoides, pueden ayudar tanto a capturar la luz que la clorofila no absorbe como a disipar el exceso de luz en forma de calor (apagado no fotoquímico) cuando los centros de reacción fotosintéticos están sobrecargados con la energía entrante.
Pigmentos accesorios son principalmente carotenoides como el betacaroteno, la luteína, la zeaxantina, la anteraxantina y la violaxantina. Estos pigmentos son de color amarillo a naranja y absorben con mayor intensidad en el rango de 450 nm a 550 nm. Algunos de estos pigmentos cambian de forma en función de las condiciones de iluminación mediante procesos denominados epoxidación y desepoxidación. Si la fluencia es demasiado alta, se pueden producir daños en el aparato fotosintético, por lo que es importante que una planta sea capaz de hacer frente a esta energía entrante. Bajo la luz solar pura, donde la fluencia puede fluctuar a lo largo del día, el complejo de la antena se ajusta para aceptar o disipar la luz. Cuando la fluencia es baja, la violaxantina captura los fotones y transfiere esta energía a la clorofila, mejorando la eficiencia de absorción de la luz. Cuando la fluencia es alta, la violaxantina se desoxidará (se convertirá) en zeaxantina, que disipará el exceso de fotones en forma de calor. El betacaroteno funciona de forma similar a la violaxantina y la luteína funciona como la zeaxantina, pero sin este proceso de interconversión llamado "ciclo de las xantofilas". Este flujo de energía entre pigmentos se produce espontáneamente al ser "excitados" por los fotones. Curiosamente, los carotenoides que protegen a las plantas de la luz y mejoran su capacidad para captarla también cumplen funciones similares en los ojos de muchas especies animales. Existen otros pigmentos vegetales no asociados al complejo fotosintético de captación de luz, como la antocianina y el licopeno. Aunque estos compuestos absorben la luz, su función principal es proteger las células y el ADN de la radiación UV dañina, así como eliminar los "radicales libres", como el peróxido de hidrógeno, evitando daños celulares adicionales.
Fotorreceptores en la mayoría de los casos son proteínas emparejadas con un "cromóforo" que absorbe determinadas longitudes de onda de la luz y luego envía una señal a la planta que influye en la fotomorfogénesis. Existen varios tipos diferentes de fotorreceptores y sus rangos de absorción de luz se solapan. Criptocromos utiliza la luz en el rango de 300 nm a 500 nm, aunque absorbe con mayor intensidad a 350 nm (UV-A) y 450 nm (azul). Este receptor, al ser excitado por la luz, impide la elongación de los hipocotilos (tallo principal de las plántulas) e incluso media en la floración y el fotoperiodo en algunas especies. Fototropinas también son fotorreceptores que absorben el azul/UV-A, pero con un pico de absorción mucho mayor a 450 nm, y se cree que regulan el fototropismo (proceso en el que las plantas se mueven en respuesta a la luz), la apertura estomática (apertura y cierre), el movimiento de los cloroplastos (orgánulos fotosintéticos) dentro de las células foliares y la inhibición de la expansión foliar. Fitocromos son algunos de los fotorreceptores más famosos, ya que pueden influir mucho en la floración. Es un hecho poco conocido que los fitocromos en realidad absorben la luz en el rango de 300 nm a 800 nm. Sin embargo, la mayoría de las funciones conocidas son el resultado de los picos de absorción a 660 nm en los Pr y 730 nm en la forma Pfr forma. Los fitocromos cambian constantemente de forma y alcanzan un "fotoequilibrio" (más información disponible en la "Guía de la fotomorfogénesis") que está regulado por la relación espectral y la PPFD presentes en el entorno de crecimiento. Dependiendo del fotoequilibrio del fitocromo, se envían diferentes señales a las vías metabólicas dentro de la planta que regulan muchos procesos, incluyendo la germinación, el establecimiento de las plántulas, la elongación del tallo, la expansión de las hojas y, por supuesto, la floración y el fotoperiodo. Diferentes proporciones de luz R:FR recibidas por una planta dictarán cómo se desarrolla la planta en términos de compacidad, tamaño de la flor, número de flores, etc. Existen otros fotorreceptores recientemente descubiertos y poco investigados (receptor UV-B correlacionado con la acumulación de antocianina), pero no se tratarán en este artículo.
Dado que hay mucho solapamiento en los espectros de absorción de estos fotorreceptores, la mayoría de las respuestas fotomorfogénicas están correguladas. Algunas respuestas pueden ser activadas y desactivadas por un receptor, pero la expresión de esa respuesta puede ser amplificada por otro receptor. El enigmático "reloj circadiano" que regula tantas funciones en las plantas es la culminación de la actividad de múltiples fotorreceptores que establecen un ritmo de crecimiento basado en el fotoperiodo, el espectro de luz y la PPFD. Este ritmo de patrones de crecimiento dentro de una planta influye enormemente en los resultados fotomorfogénicos; sin embargo, al igual que la fotosíntesis, existe un espectro de acción para todas las respuestas fotomorfogénicas que viene dictado por una mezcla de señales de estos fotorreceptores y no refleja necesariamente el espectro de absorción.
Suplemento de longitudes de onda específicas frente a amplio espectro
A la hora de considerar el uso de iluminación de banda estrecha, los aspectos más importantes que hay que tener en cuenta son si las plantas ya están expuestas a luz de amplio espectro (solar para invernaderos, o una lámpara de amplio espectro para aplicaciones de iluminación de fuente única) y qué cultivos se están cultivando. Cuando las plantas ya están expuestas a la luz de amplio espectro de un dispositivo de fuente única, tiene sentido complementar con iluminación de banda estrecha sólo si hay un efecto fotomorfogénico deseado que su cultivo no puede lograr sin estar expuesto a una banda de onda específica. Sin embargo, si se cultiva con radiación solar y una DLI alta, es posible que el cultivo no sea tan sensible a los cambios en el espectro de luz, ya que la radiación solar ya es bastante amplia y puede ahogar los beneficios fotomorfogénicos de la iluminación de banda estrecha. Otro aspecto a considerar cuando se cultiva bajo radiación solar es si necesita o no aumentar su DLI. Si complementa con un accesorio de banda estrecha como un método para aumentar DLI, puede ver inconsistencias en la calidad del producto como la radiación solar aumenta y disminuye a lo largo del año la exposición de sus cultivos a diferentes cantidades de luz solar y la luz de banda estrecha. Si su DLI es constante y sólo desea inducir una respuesta fotomorfogénica como coloración, compactación o enraizamiento, puede tener sentido para usted suplementar más luz azul. Sin embargo, la DLI suele influir más en los rasgos deseados que el espectro. Si está cultivando una planta de floración/fructificación y sólo desea fomentar un mayor crecimiento de flores/frutos (con una DLI y un fotoperiodo suficientes) puede ser beneficioso suplementar más luz roja, ya que la luz de 660 nm fomenta las respuestas fitocromáticas en muchas especies, lo que envía señales a toda la planta para fomentar el crecimiento reproductivo.
Conclusión
La iluminación de banda estrecha puede proporcionar un crecimiento aceptable para muchas especies. Sin embargo, las plantas utilizan varios fotorreceptores y pigmentos diferentes que regulan de forma cooperativa el crecimiento y el desarrollo. Las plantas desarrollaron estas respuestas fotomorfogénicas bajo luz de amplio espectro y es muy raro que una determinada especie exprese una respuesta a la iluminación de banda estrecha que no pueda lograrse también con iluminación de amplio espectro si se da suficiente DLI. Para obtener una calidad constante del producto y la capacidad de producir una amplia gama de especies de cultivos sin complicaciones debidas a la iluminación, las instalaciones de amplio espectro son una opción más segura. Las distintas especies pueden tener respuestas diferentes a los cambios en el espectro de luz. Constantemente se llevan a cabo investigaciones que nos ayudan a comprender cómo responden los distintos cultivos a los diferentes espectros de luz y, en algunos casos, existen pruebas claras sobre qué tipo de iluminación es mejor para un cultivo. Si no está seguro de la respuesta que puede tener su cultivo, la suplementación con luz de amplio espectro tiene un historial demostrado de mejora de la calidad, la consistencia y el rendimiento de los cultivos.
