Le piante richiedono luce per tutta la durata della loro vita, dalla germinazione alla produzione di fiori e semi. Durante il processo di crescita, non assorbono tutte le lunghezze d’onda della luce (radiazione solare), ma selettive nell’assorbire la lunghezza d’onda corretta in base alle loro esigenze.
Le clorofille (clorofilla a e b) svolgono un ruolo importante nella fotosintesi ma non sono gli unici cromofori. Le piante hanno altri pigmenti fotosintetici, noti come pigmenti antenna (come i carotenoidi β-carotene, zeaxantina, licopene e luteina ecc.), che partecipano all’assorbimento della luce e svolgono un ruolo significativo nella fotosintesi.
Il LED è un tipo di diodo semiconduttore che consente il controllo della composizione spettrale e l’adattamento dell’intensità luminosa da abbinare ai fotorecettori della pianta al fine di fornire una migliore crescita e influenzare la morfologia della pianta, nonché diversi processi fisiologici come la fioritura e l’efficienza fotosintetica. Diversi rapporti hanno confermato la crescita di successo delle piante sotto illuminazione a LED.
Ad esempio, la resa della biomassa di lattuga è aumentata quando la lunghezza d’onda della luce emessa dal LED rosso è aumentata da 660 a 690 nm. I LED blu (440 e 476 nm) utilizzati in combinazione con i LED rossi hanno causato un maggiore rapporto di clorofilla nelle piante di cavolo cinese. Gli effetti positivi della luce LED blu (400-500 nm) in combinazione con la luce LED rossa sulla crescita vegetale verde e sul valore nutrizionale sono stati dimostrati in diversi esperimenti. LED rosso (640 nm) luce come unica fonte e risultati hanno mostrato aumento del contenuto di antociani in cavolo foglia rossa. Verde (495-566nm) e giallo (566-589nm) luce contribuisce alla fotosintesi, arancione (589-627 nm) ottimizzerà per la massima fotosintesi e la luce rossa (627-770 nm) migliora la fioritura, stelo allungamento. Diversi esperimenti orticoli con patate, ravanelli e lattuga hanno dimostrato il requisito della luce blu (400-500 nm) per una maggiore biomassa e area fogliare.
La parte più importante dello spettro luminoso è da 400 a 700 nm che è nota come radiazione fotosinteticamente attiva (PAR), questo intervallo spettrale corrisponde più o meno allo spettro visibile dell’occhio umano.
Far-red importante anche durante il processo di crescita. L’applicazione di far-red (730 nm) con red (640 nm) ha causato un aumento della biomassa totale e della lunghezza delle foglie mentre l’antocianina e il potenziale antiossidante sono stati soppressi. L’aggiunta di far-red (735 nm) alla luce LED rossa (660 nm) sul peperone dolce ha portato a piante più alte con biomassa a stelo superiore rispetto ai soli LED rossi .
Radiazione solare
La radiazione solare può essere diviso in tre bande d’onda:
- l’ultravioletto (UV) corrisponde alle lunghezze d’onda inferiori a 400 nm e può causare danni alla pelle a causa della loro elevata energia.
- la luce visibile, all’interno della banda d’onda 380-770 nm, e contiene la banda d’onda PAR (400-700 nm). I diversi colori della luce visibile, che corrisponde a diverse bande d’onda, potrebbero non avere la stessa funzione verso lo sviluppo della pianta.
- l’infrarosso (IR), maggiore di 770 nm e hanno un effetto di riscaldamento. Rosso:Il rapporto Far-red (R: FR) è molto importante per le piante perché influenza la risposta alla crescita delle piante.
Rosso
La luce rossa (630-720 nm) è necessaria per lo sviluppo dell’apparato fotosintetico e della fotosintesi. È essenziale per la crescita degli steli e per l’espansione delle foglie. Questa lunghezza d’onda regola anche la fioritura, i periodi di dormienza e la germinazione dei semi.
Blu
La luce blu (400-520 nm) è importante per la sintesi della clorofilla, lo sviluppo del cloroplasto, l’apertura stomatica e la fotomorfogenesi. La luce blu deve essere accuratamente miscelata con la luce in altri spettri poiché la sovraesposizione alla luce in questa lunghezza d’onda può ostacolare la crescita di alcune specie di piante. La luce nella gamma blu influisce anche sul contenuto di clorofilla presente nella pianta e sullo spessore delle foglie.
Verde
Verde (500-600 nm) penetra attraverso spesse tettoie superiori per sostenere le foglie nella chioma inferiore. La luce verde da sola non è sufficiente per sostenere la crescita delle piante perché è meno assorbita dalla pianta, ma quando viene utilizzata in combinazione con rosso, blu e rosso lontano, la luce verde mostrerà sicuramente alcuni importanti effetti fisiologici. L’integrazione della luce verde ha migliorato la crescita della lattuga sotto l’illuminazione a LED rossa e blu. I LED verdi con alta PPF (300 µmol/m-2/S-1) sono più efficaci per migliorare la crescita della lattuga.
Far-rosso ha condotto la luce
Far-rosso ha condotto la luce (700-725 nm) che è al di là del PAR ha dimostrato di sostenere la crescita delle piante e la fotosintesi . La luce rossa lontana passa anche attraverso fitte tettoie superiori per sostenere la crescita delle foglie situate più in basso sulle piante. Inoltre, l’esposizione alla luce IR riduce il tempo che una pianta ha bisogno di fiorire. Un altro vantaggio della luce rossa lontana è che le piante esposte a questa lunghezza d’onda tendono a produrre foglie più grandi di quelle non esposte alla luce in questo spettro.
Rosso+Blu
Diverse lunghezze d’onda della luce rossa (660, 670, 680 e 690 nm) e blu (430, 440, 460 e 475 nm) potrebbero avere effetti irregolari sulle piante a seconda delle specie vegetali.
Verde + Rosso + blu
L’effetto della luce LED verde (525 nm) sulla germinazione delle piantine di Arabidopsis e i risultati hanno mostrato che le piantine coltivate sotto la luce LED verde, rossa e blu sono più lunghe di quelle coltivate sotto il rosso (630 nm) e il blu (470 nm) da sole.
Verde+Rosso+Blu+Far-red
La luce rossa e far-red hanno dimostrato di influenzare la fotomorfogenesi, quindi, il rapporto tra luce rossa e far-red svolge anche un ruolo importante nella regolazione della fioritura. Esperimenti con diverse lunghezze d’onda di luci verdi, rosse, blu e rosse (fornite da LED) sarebbero utili nel determinare la lunghezza d’onda ottimale specifica per la crescita delle piante. I risultati degli studi sullo spettro di risposta alla luce potrebbero essere utilizzati per progettare uno spettro di risposta alla luce personalizzato ad alta efficienza energetica per specifiche specie vegetali.
Mentre le piante maturano e passano attraverso il loro ciclo di crescita dalla piantina, all’adulto, e quindi alla fioritura e alla fruttificazione, usano spettri di colore diversi, quindi la luce LED ideale è diversa per ogni fase di crescita. Il miglior spettro di colori dipende anche dal tipo di pianta che stai cercando di coltivare. Questo può diventare molto complicato ed è importante per i coltivatori commerciali dove vogliono massimizzare i risultati.
Suggerisce anche che le luci possono aumentare il valore nutrizionale e lo stato antiossidante migliorato nelle verdure verdi: aumento di carotenoidi, vitamina C, antociani e polifenoli. In futuro sempre più ricerche ci aiuteranno a capire meglio come le luci modellano la crescita della pianta.