Iluminación artificial en la agricultura
Se sabe desde hace mucho tiempo que las plantas no pueden crecer sin luz; sin embargo, solo en los últimos cien años, gracias a los avances de la ciencia y la tecnología, se ha descubierto por completo el efecto preciso que la luz tiene sobre las plantas.
El uso de la iluminación artificial en la agricultura tiene como objetivo proporcionar una fuente de luz análoga a la luz que proporciona el sol. Debido a los avances en la tecnología, las luces LED se han convertido en la mejor opción para la iluminación de la horticultura, particularmente aquellas que pueden tener sus espectros específicamente adaptados a las necesidades de la planta. En comparación con las opciones de iluminación más convencionales, como el sodio de alta presión (HPS) y los fluorescentes, las luces que emplean LED brindan beneficios significativos en términos de su impacto en el medio ambiente y su eficiencia de producción.
Un informe sobre el uso de la iluminación artificial en la agricultura ha sido elaborado por Valoya y en coautoría con investigadores de la Universidad de Almería y Buresinnova. El informe se publicó en enero de 2018. La investigación presenta pruebas que hacen uso de varios espectros y tipos de luz para determinar el impacto que cada forma de luz puede tener en las plantas según las circunstancias en las que se cultivan. El siguiente es un fragmento del estudio que puede leer.
1. La luz y la comunicación entre las plantas
Las ondas electromagnéticas son las responsables de la transmisión de energía a través de la atmósfera. Los ejemplos de ondas electromagnéticas incluyen microondas, ondas de radio o televisión, rayos X, rayos ultravioleta o luz visible. Las ondas electromagnéticas se pueden distinguir entre sí por sus diferentes frecuencias y longitudes de onda. El espectro electromagnético está compuesto por una amplia gama de frecuencias y longitudes de onda, algunas de las cuales se reconocen mejor que otras (por ejemplo, microondas, ondas de radio, luz visible, etc.).
La radiación electromagnética posee una naturaleza dual; mientras se mueve por el espacio en forma de ondas, también intercambia energía en forma de partículas (fotones). En 1905, Albert Einstein fue la primera persona en argumentar que la luz posee características de partículas y ondas simultáneamente. Los fotones son los nombres de las partículas que están contenidas dentro de un haz de luz. Los fotones cuyas longitudes de onda corresponden a distancias más largas (frecuencias más bajas) transportan menos energía que los fotones cuyas longitudes de onda corresponden a distancias más cortas.
El ojo humano es capaz de detectar luz con longitudes de onda entre 400 y 700 nanómetros (nm), que corresponde aproximadamente a la porción del espectro electromagnético que utilizan las plantas durante el proceso de fotosíntesis. Por lo tanto, la luz con una longitud de onda entre 400 y 700 nm se denomina radiación fotosintéticamente activa (o simplemente PAR). El espectro de longitudes de onda que se puede ver en la luz del sol es continuo y se extiende mucho más allá del rango visual. El ojo humano es responsable de convertir varias longitudes de onda en colores, que luego se procesan en el cerebro humano. El color azul es producido por luz con una longitud de onda cercana a los 400 nm, mientras que el color rojo es producido por luz con una longitud de onda cercana a los 600 nm. El rango de longitud de onda amarillo-verde es al que el ojo humano responde con mayor sensibilidad.
2. Pigmentos, fotorreceptores y el proceso químico de la fotosíntesis en las plantas
Casi en el mismo rango que el ojo humano, las plantas absorben el espectro de luz; sin embargo, a diferencia de las personas, las plantas pueden absorber mejor la luz roja y azul.
La clorofila es una de las sustancias químicas principales que permite que las plantas absorban la luz y utilicen la energía que proporciona para convertir el agua y el dióxido de carbono en oxígeno y otras moléculas orgánicas complejas. Este proceso se conoce como fotosíntesis. La clorofila es un pigmento vegetal que se puede encontrar en los cloroplastos intracelulares. Las moléculas de clorofila son de color verde y, de hecho, son la causa de la coloración verde que se encuentra en los tallos y las hojas. Hay dos formas principales de clorofila que se pueden encontrar en las plantas superiores. Estas son la clorofila a y la clorofila b, y sus curvas de absorción de luz difieren entre sí de forma muy pequeña. Debido a esta distinción relativamente menor, pueden capturar diferentes longitudes de onda, capturando así una mayor porción del espectro de la luz solar. Como resultado de la capacidad de las clorofilas para absorber principalmente la luz roja y azul mientras reflejan las longitudes de onda verdes, las plantas parecen verdes a nuestros ojos.
Sin embargo, la clorofila no es el único pigmento que se encuentra en las plantas; los llamados pigmentos accesorios (como los carotenoides y las xantofilas, entre otros) y las sustancias fenólicas (como los flavonoides, las antocianinas, las flavonas y los flavonoides) absorben longitudes de onda distintas del rojo y el azul. Amarillo, rojo y violeta son los colores que componen los pigmentos accesorios. Además de atraer pájaros e insectos, el uso de estos tonos ayuda a proteger los tejidos de los efectos dañinos de los factores estresantes externos, como la intensa irradiación de luz.
Los fotorreceptores son otro tipo de partícula que es capaz de absorber luz. Las tres clases principales de fotorreceptores se conocen como fitocromos, fototropinas y criptocromos. Además, el fotorreceptor UVR8 es un fotorreceptor especializado que solo responde a la luz ultravioleta. Cada tipo de fotorreceptor es sensible a un rango específico de longitud de onda de luz y está a cargo de una reacción fisiológica particular en las plantas. Estas respuestas son las siguientes:
Las fototropinas tienen efecto tanto en la posición física de los cloroplastos como en la apertura de los estomas. Son capaces de absorber la luz azul.
El reloj interno de las plantas está controlado por criptocromos, que monitorean su entorno en busca de señales relacionadas con la luz. Además de esto, están asociados con respuestas morfológicas, como la supresión de la elongación del tallo, el agrandamiento de los cotiledones, el desarrollo de antocianinas y la floración fotoperiódica. Los criptocromos captan las longitudes de onda de la luz UVA (ultravioleta), azul y verde.
La floración es provocada por los fitocromos, que también son responsables de la formación de semillas. El alargamiento del tallo, la expansión de las hojas y el "síndrome de evitación de la sombra" están controlados por los fitocromos en las plantas. La proporción de luz roja y roja lejana que está presente en el medio ambiente tiene un efecto sobre el estado fotoestacionario de la molécula de fitocromo, que a su vez media en las reacciones que están reguladas por los fitocromos.
La floración, el desarrollo de las semillas y otras funciones como la germinación, el momento de la floración y la forma de la planta son actividades que dependen de la luz. La fotosíntesis, el proceso que suministra la energía para la formación de biomasa, es solo uno de estos procesos. Estos comportamientos están estrechamente relacionados con la calidad de la luz que la planta recibe de su entorno, que es la forma en que la planta interpreta las señales de su entorno. Estas respuestas están mediadas por longitudes de onda que están tanto dentro como fuera de la región PAR, incluida la radiación UV y de rojo lejano.
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