一,La base biológica del control espectral.
Las plantas responden al espectro porque su sistema receptor de luz puede distinguir entre diferentes tipos de luz. Los pigmentos fotogénicos (que absorben la luz roja a 660 nm y la luz roja lejana a 730 nm) determinan cuándo florecen las flores; el criptocromo (que absorbe la luz azul a 420–480 nm) controla el alargamiento del tallo y la apertura de los estomas; y la fototaxis (que absorbe la luz azul a 450 nm) controla el crecimiento fototáctico. Las plantas pueden detectar adecuadamente las señales luminosas de su entorno y cambiar su desarrollo gracias a este sistema sinérgico de múltiples receptores.
Los experimentos han demostrado que la proporción entre luz roja y luz azul (R: B) influye significativamente en el crecimiento de las plantas. Cuando R: B=4:1, el área foliar de las plántulas de tomate creció un 22% y la cantidad de materia seca creció un 18%. Cuando R: B=1:1, la cantidad de vitamina C en las hojas de lechuga aumentó un 15%. Esta variación se debe a que los diferentes espectros afectan la síntesis de pigmentos fotosintéticos, la actividad enzimática y los niveles hormonales de diferentes maneras.
2, Variaciones en los requisitos espectrales a lo largo de las fases fundamentales de crecimiento.
1. Período de germinación de las semillas: La morfogénesis fue principalmente luz azul.
Para germinar, una semilla debe atravesar la cubierta de la semilla y formar estructuras orgánicas fundamentales. En este punto, la luz azul (450-470 nm) enciende el criptocromo, lo que hace que las células que forman el eje embrionario crezcan más y los cotiledones se ensanchen. La evidencia experimental indica que el tratamiento con luz azul mejora las tasas de germinación de las semillas de pepino en un 12% y mejora la longitud de las raíces embrionarias en un 25%. Al mismo tiempo, la cantidad adecuada de luz roja lejana (730 nm) puede suavizar la cubierta de la semilla y trabajar con luz azul para acelerar la germinación.
2. Período de crecimiento nutricional: optimización de la proporción rojo-azul para el metabolismo
Las tareas principales en esta etapa son hacer crecer las hojas y desarrollar la capacidad fotosintética. La luz roja (660 nm) hace que la enzima Rubisco funcione mejor al activar pigmentos fotosensibles, lo que hace que la fijación de carbono sea más eficiente. La luz azul mejora la estructura de los cloroplastos y aumenta la cantidad de pigmentos fotosintéticos. La proporción de clorofila a/b de las hojas de lechuga alcanza su mejor nivel cuando R: B=3:1, y la eficiencia de conversión de energía luminosa aumenta en un 19%. Además, incluso si la luz verde (520–560 nm) no se absorbe bien, puede atravesar el dosel y ayudar a que crezcan las hojas inferiores, lo cual es especialmente útil en plantaciones densas.
3. Fase de crecimiento para la reproducción: control del rendimiento por relación espectral
Los requisitos espectrales para inducir la floración y el desarrollo del fruto sufren una transformación cualitativa. La luz roja detiene la producción del gen FLC, que ayuda a que las flores florezcan. La luz roja lejana (730 nm) puede revertir este efecto y brindarle más control sobre cuándo florecen las flores. Al cultivar tomates, agregar más luz roja (R: B=5:1) durante el período de floración puede aumentar la tasa de cuajado de frutos en un 28 %. Agregar luz ultravioleta (380 a 400 nm) durante el período de crecimiento de la fruta puede activar la vía metabólica de los fenilpropanoides, aumentar el contenido de flavonoides y hacer que la fruta tenga mejor sabor.
4. Período de adaptación a la adversidad: el impacto-protector del estrés del espectro
Los espectros pueden ayudar a las plantas a soportar el estrés al controlar los niveles hormonales cuando las condiciones son malas, como cuando hace calor y está oscuro. La terapia con luz azul puede reducir la tasa de transpiración de las hojas de maíz y ayudarlas a soportar temperaturas extremas. La luz roja puede hacer que se acumule prolina en los tomates y mejorar su capacidad de control osmótico. En condiciones de humedad prolongada, aumentar la proporción de luz roja en la iluminación artificial suplementaria podría disminuir la pérdida de rendimiento del pepino del 45% al 18%.
3, Cómo utilizar la tecnología de control espectral en la vida real
1. Sistema de proporción espectral dinámica
Las fábricas de plantas LED modernas utilizan tecnología de control multi-canal, que puede cambiar el espectro por sí sola según la etapa de crecimiento. Por ejemplo, hay cuatro pasos en el ciclo de cultivo de la lechuga:
Etapa de las plántulas: R: B=1:2, que ayuda al crecimiento de las raíces.
Etapa de loto: R: B=3:1, acelera el crecimiento de las hojas
Durante el período de formación de la bola, R: B=4:1, que ayuda a que se acumulen los productos fotosintéticos.
Antes de la cosecha: R: B=2:1+5% UV, mejora la comida para ti
Esta tecnología reduce el tiempo de desarrollo de la lechuga de 60 a 45 días y reduce la cantidad de nitratos en un 37%.
2. El fotoperiodo y el espectro trabajan juntos para controlarse mutuamente.
Las plantas de días largos, como las espinacas, pueden hacer que las flores florezcan cuando el día es corto al aumentar el tiempo que están expuestas a la luz roja. Las plantas de día corto, como los crisantemos, necesitan agregar luz roja intensa durante la etapa de día largo para evitar que se formen botones florales. Esta tecnología para regular el acoplamiento espectral del fotoperíodo hace posible cultivar crisantemos cada año, lo que aumenta tres veces la producción anual.
3. Mejorar el entorno luminoso en la agricultura vertical
Cuando cultivas plantas en capas, las plantas de arriba impiden que la luz llegue a las plantas de abajo. Mediante el uso de regulación espectral jerárquica:
Capa superior: R: B=4:1+10% de luz verde, atravesando la capa de dosel
Capa intermedia: R: B=3:1, el crecimiento está equilibrado
Capa inferior: R: B=2:1+20% de luz roja lejana para evitar que sea demasiado larga
Este plan aumenta el rendimiento de la lechuga en un 22% y reduce el uso de energía en un 15%.
