Influencia de la luz sobre el desarrollo sano de las plantas
Determinante esencial del rendimiento de los cultivos en muchos sentidos y también importante en el equilibrio energético del suelo y las plantas, la radiación solar impulsa el transporte de agua y nutrientes dentro de las plantas. Además, la luz induce respuestas fotomorfogénicas y ocasionalmente funciona como un factor de estrés cuando produce un efecto fotoinhibitorio o fotodestructivo.
La radiación solar está constituida básicamente por la radiación ultravioleta (UV), que involucra aproximadamente el 8-9% de la radiación solar total, la Radiación Fotosintética Activa (PAR), que constituye el 45-50% de la energía y la radiación solar infrarroja que constituye alrededor del 50% de la energía solar.
El concepto luz, denota el rango del espectro electromagnético que los humanos pueden detectar, aproximadamente de 400 nm a 760 nm. En fisiología vegetal, el rango de luz generalmente se extiende de 320 nm a 760 nm. Los cuantos, fotones, de este rango de espectro solo pueden ser absorbidos en la planta por muy pocos tipos de moléculas, caracterizadas por extensos sistemas de electrones, por ejemplo, clorofilas o carotenoides. Aproximadamente la mitad de la energía solar no llega a la superficie de la Tierra debido a la interacción con la atmósfera, y solo la energía radiante entre 300 y 1000 nm, denominada «ventana biológica», influye en el proceso biológico. La radiación es la principal fuente de energía para la síntesis de material orgánico y para regular el equilibrio térmico e hídrico de la tierra; Proporciona la energía necesaria para la vida en la Tierra.
La calidad de la luz, o la distribución espectral de la luz, puede influir en el crecimiento y el desarrollo de otras maneras. En conjunto, las modificaciones del desarrollo de las plantas en respuesta a la luz se conocen como fotomorfogénesis y comprenden la regulación de la germinación de las semillas, el establecimiento de las plántulas, desetiolación; las respuestas a los rayos UV-B, el fototropismo, las alteraciones direccionales en el crecimiento que se producen en respuesta a los estímulos luminosos direccionales; el seguimiento solar de las flores y las hojas, la evitación de la sombra y la detección de vecinos cercanos, el arrastre del reloj circadiano, la fotonastia –movimientos reversibles de la luz y fenómenos relacionados que ocurren en respuesta a estímulos luminosos direccionales y no direccionales–; fotoperiodismo, es decir la respuestas no direccionales del desarrollo a estímulos luminosos no direccionales pero periódicos.
Las respuestas fotomorfogenéticas de las plantas implican la acción de varias clases distintas de fotorreceptores que son sensibles a diferentes regiones del espectro de luz, incluidas las regiones ultravioleta (UV), azul y rojo/rojo lejano. Los estudios fisiológicos han identificado diferentes tipos de respuestas a la luz. Parece que los fotorreceptores pueden, en esencia, funcionar como un interruptor o un contador de fotones. Es difícil generalizar sobre la acción de los fotorreceptores, ya que sus mecanismos de acción individuales pueden ser bastante diversos. Sin embargo, el análisis de las respuestas de los fitocromos ha revelado varios modos de acción.
La región del espectro de luz del rojo a casi rojo lejano es particularmente rica en información ambiental que es más importante para el crecimiento y desarrollo de la mayoría de las plantas, ejerciendo la mayor influencia en la fotomorfogénesis. Algunas de las respuestas debidas a la luz roja/roja lejana son los cambios en la estación, la hora del día y la evitación del sombreado. La luz roja también penetra a través del suelo más que la luz de longitudes de onda más cortas y, por lo tanto, le da a la plántula una indicación temprana de que la superficie del suelo se acerca. Trabajos recientes sobre el sistema de detección de luz roja sugieren que comprende una red de señalización compleja e intrigante. Los efectos de la luz roja a menudo son reversibles por la luz roja lejana. Una característica bien conocida del entorno luminoso que puede afectar el crecimiento y desarrollo de las plantas es la relación entre el rojo (660 nm) y el rojo lejano (730 nm) (R/FR), que indica el grado en que las respuestas observadas están mediadas por el fitocromo. Las plantas bajo un dosel verde, en condiciones naturales, no solo experimentarán una disminución en la irradiancia, sino también un cambio en la calidad de la luz, particularmente una disminución en la relación R/FR.
Esta proporción, que suele ser de aproximadamente 1.2 al aire libre, puede disminuir a valores de alrededor de 0.3 o menos bajo un dosel debido a la absorción de la longitud de onda roja por la clorofila. Durante la etapa vegetativa y hasta el inicio de la floración, los cambios en la relación R/FR afectan marcadamente los rasgos de elongación, como la altura de la planta y la longitud y el número promedio de entrenudos, mientras que se encontraron efectos menores para la acumulación total de biomasa o la asignación entre partes subterráneas y aéreas de la planta.
Las respuestas de muy baja fluencia, baja fluencia y alta irradiancia de los fitocromos
Los fotorreceptores que permiten a las plantas controlar la banda roja a roja lejana del espectro se conocen como fitocromos y fueron los primeros fotorreceptores en ser identificados, todos encontrados de manera uniforme en todo el reino vegetal. Las respuestas de los fitocromos se han clasificado en respuestas de muy baja fluencia, baja fluencia y alta irradiancia, VLFR, LFR y HIR. Estos tres tipos de respuestas difieren no solo en sus requisitos de fluidez, sino también en otros parámetros, como sus tiempos de escape, espectros de acción y fotorreversibilidad. Los fotorreceptores fitocromo regulan todas las transiciones importantes durante el ciclo de vida de las plantas y son más sensibles a la luz roja y roja lejana.
La cantidad de radiación interceptada depende de la cantidad de radiación recibida por el dosel, su tamaño y duración y la intercepción fraccional. La intensidad de la luz puede describirse como una medición instantánea o acumulativa (Daily Light Integral o DLI) y la intensidad influye en la fotosíntesis y, por lo tanto, en los parámetros de la calidad de la planta, por ejemplo, el grosor del tallo ramificado, el número de flores y el tamaño de las flores. También puede influir en el momento del inicio de la floración.
La PAR es la radiación útil para la fotosíntesis de las plantas y está comprendida aproximadamente entre 400 nm y 700 nm. La cantidad de PAR dentro de los invernaderos es uno de los parámetros más importantes relacionados con los sistemas de cultivo protegidos. Las condiciones radiantes exteriores, el efecto de sombreado del marco del invernadero y las propiedades de transmitancia del material de revestimiento del invernadero son los principales factores que determinan el nivel de PAR interior. Aunque la transmitancia está fuertemente relacionada con el ángulo de incidencia de la radiación, las transmitancias se determinan a menudo para la radiación incidente normal.
La captura de radiación y su uso en la producción de materia seca depende de la fracción de la radiación PAR incidente que se intercepta y de la eficiencia con la que se utiliza para la producción de materia seca. La radiación interceptada a menudo se estima como la diferencia entre la cantidad de radiación incidente y la transmitida a través del dosel al suelo. Sin embargo, este enfoque tiene dificultades técnicas y teóricas inherentes, ya que no tiene en cuenta la reflexión de la radiación incidente de la superficie del dosel (típicamente 5-20% dependiendo de las características de la superficie y el estado del agua), ni la radiación interceptada por elementos no fotosintéticos del dosel. Como resultado, la intercepción por parte de tejidos fotosintéticamente competentes puede estar muy sobreestimada, particularmente para las copas que son senescentes o contienen numerosos elementos estructurales leñosos.
Agrupación de especies por su respuesta fisiológica a la luz
La comprensión de las relaciones entre el cultivo y el medio ambiente ha mejorado sustancialmente durante las últimas décadas del siglo XX. Minimizar el tiempo de floración y maximizar la masa de la planta son deseables en la producción de cultivos de plantas en macetas. La comprensión de los requisitos ambientales de la inducción e iniciación de la floración es fundamental para programar un cultivo para que florezca en una fecha específica. La calidad de la luz (calidad espectral), la cantidad (flujo de fotones) y la duración (fotoperiodo) tienen una fuerte influencia en la morfogénesis de las plantas ornamentales. Las plantas se pueden dividir en tres categorías dependiendo de sus respuestas fisiológicas a la luz.
Plantas de sombra extrema
Son especies de plantas que requieren sombra de moderada a fuerte para producir plantas atractivas y no pueden aclimatarse a la luz alta, por ejemplo, Aglaonema, Maranta y Spathiphyllum.
Plantas con alto requerimiento de iluminación
Son plantas que deben tener luz para crecer y no se pueden aclimatar a poca luz. Esta categoría incluye plantas como pinos o plantas anuales con flores.
Plantas con amplia adaptabilidad
En esta última categoría se incluyen las plantas denominadas sombrillas, lo que significa que pueden adaptarse a una amplia gama de intensidades de luz, como por ejemplo Brassaia, Ficus y Dracaena. Además, algunas plantas tienen suficiente plasticidad de desarrollo para adaptarse a una variedad de regímenes de luz, creciendo como plantas de sol en áreas soleadas y como plantas de sombra en hábitats sombreados.
Algunos hábitats sombreados reciben menos del 1% de la IAP disponible en un hábitat expuesto. Las hojas que están adaptadas a ambientes muy soleados o sombreados a menudo no pueden sobrevivir en el otro tipo de hábitats. También se pueden encontrar características anatómicas contrastantes en las hojas de la misma planta que están expuestas a diferentes regímenes de luz.
El equilibrio entre la fotosíntesis y el intercambio de gases respiratorios se puede lograr variando la luz. Por encima de cierta irradiancia, llamada saturación de luz, el aumento de la luz ya no aumenta la fotosíntesis. Entre la oscuridad y la saturación hay una irradiación en la que la fotosíntesis simplemente equilibra la respiración, el CO2 neto es cero; A esto se le llama punto de compensación de luz. Si una hoja o planta posee un alto punto de compensación de luz, requiere un flujo de luz relativamente grande para que la fotosíntesis equilibre la respiración. Este punto varía con la especie, con la irradiancia durante el crecimiento, con la temperatura a la que se realizan las mediciones y con la concentración de CO2.