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Aug 01, 2023

Diferentes espectros de luz LED y nano.

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 6769 (2023) Cita este artículo 572 Accesos Detalles de métricas Las rosas se clasifican como plantas diurnas neutras, pero la luz intensa y las temperaturas frías producen altas temperaturas.

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 6769 (2023) Citar este artículo

572 Accesos

Detalles de métricas

Las rosas se clasifican como plantas de día neutro, pero la luz intensa y las temperaturas frescas producen flores de alta calidad en las rosas. Tanto la cantidad de luz como la calidad de la luz y sus espectros especiales pueden afectar el rendimiento y la calidad de las flores. Esta investigación tuvo como objetivo estudiar el efecto de la luz LED (control (luz solar), espectros azul y rojo) y potasio nanoquelado en tres niveles (0, 1,5 y 3 g/l) sobre algunas características morfofisiológicas y bioquímicas de Rosa hybrida cv. . Dulce vida. Los tratamientos con luz y nanoquelados de potasio tienen un efecto significativo en la mayoría de los rasgos medidos en el presente estudio. Según los resultados, el uso de luz roja y potasio nanoquelado en el cultivo de rosas mejoró las características de calidad y aumentó la vida en florero. El mayor peso fresco y seco de rama floral y altura de planta se observó en el tratamiento con luz roja y la concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado. Los parámetros bioquímicos como los compuestos fenólicos, los flavonoides de hojas y pétalos, el contenido de antocianinas de los pétalos, la capacidad antioxidante y la vida en florero también aumentaron significativamente bajo luz roja y con una concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado en comparación con el control. En general, se puede decir que el uso de luz roja y una concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado puede ser eficaz para mejorar la calidad de las flores de rosas, especialmente en condiciones de poca luz.

La rosa (Rosa × hybrida L.) pertenece a la familia de las Rosáceas y es una de las flores más populares del mundo. Las rosas generalmente se cultivan como flores cortadas. La luz adecuada es uno de los factores más influyentes en la producción de rosas de alta calidad1. Las plantas utilizan la luz como fuente de energía para la absorción de carbono en la fotosíntesis y para activar y regular muchos procesos fisiológicos relacionados con el crecimiento y desarrollo de las plantas2. La luz no es sólo una fuente de energía para la fotosíntesis, sino también un estímulo para una serie de procesos de desarrollo desde la germinación de las semillas hasta el inicio de la floración3. Tanto la calidad como la cantidad de luz entrante pueden provocar efectos severos sobre la actividad fotosintética y la adaptación del fotosistema a los cambios en la calidad de la luz4. De la distribución espectral de la radiación solar, sólo alrededor del 50% de la radiación que llega a la superficie terrestre es radiación fotosintéticamente activa (PAR). En la luz del sol, las longitudes de onda rojas y azules son más importantes para la fotosíntesis. Otras longitudes de onda, como la ultravioleta y el rojo lejano, que son absorbidas por ciertos receptores de luz, actúan como inductores de señales para diferentes vías de desarrollo. El uso de luz artificial es un método común para reemplazar o compensar la duración y la escasez de intensidad de la luz del día para el crecimiento de una variedad de especies de plantas en la producción de cultivos en invernadero5,6. La iluminación de los invernaderos es el parámetro más importante en la producción de plantas durante los oscuros meses de invierno. La luz complementaria aumenta la tasa de fotosíntesis de las hojas y el crecimiento y la calidad de las plantas7. Hoy en día, los invernaderos modernos utilizan luz suplementaria para aumentar el crecimiento y la producción de productos agrícolas8,9,10. Una de las fuentes de luz complementaria más comunes son los LED. La tecnología de iluminación LED ofrece ventajas como larga vida útil, pequeño volumen, menor disipación de calor, intensidad de luz ajustable, alta eficiencia y capacidad de emisión de longitudes de onda específicas9,11. Además de la luz, la nutrición de las plantas tiene un papel clave en la producción de cultivos en invernadero. Hoy en día, los nanofertilizantes (NF) abren un nuevo horizonte en la industria de los fertilizantes, lo que resultó en una mayor eficiencia de los nutrientes para una producción óptima de cultivos12. Las nanopartículas (NP) son moléculas pequeñas con un rango de tamaño pequeño de 1 a 100 nm con propiedades fisicoquímicas diferentes a las de los materiales a granel. Las nanopartículas mejoran las propiedades y funciones físicas, químicas y biológicas de los materiales de origen al aumentar la relación superficie-volumen13. El uso de nanofertilizantes conduce a aumentar la eficiencia en la utilización de nutrientes, reducir la toxicidad del suelo, aliviar los efectos negativos de la aplicación excesiva de fertilizantes y mejorar la gestión de los nutrientes. Al utilizar nanofertilizantes, el tiempo y la velocidad de liberación de nutrientes están de acuerdo con las necesidades nutricionales de la planta, por lo que la absorción de los nutrientes se realiza bien y, por lo tanto, se puede lograr una reducción de la lixiviación de elementos y un aumento del rendimiento del producto14.

Uno de los nanofertilizantes más utilizados en la agricultura son los nanoquelatos de potasio. El potasio es el catión más abundante en las células vegetales. Los iones de potasio (K+) actúan como osmolitos altamente móviles que forman complejos débiles y permanecen fácilmente intercambiables. El K está presente principalmente en forma soluble en el citosol celular15 y tiene un papel clave en la biosíntesis de antocianinas. El potasio aumenta la productividad y la calidad de las plantas al mejorar la fotosíntesis y la formación de almidón y proteínas, así como la producción de ATP, y activa al menos 60 enzimas que son efectivas en el crecimiento. También aumenta el crecimiento de las raíces y la tolerancia al estrés, ayuda a un mejor transporte de los azúcares producidos en la planta, mantiene la turgencia celular, previene la propagación de enfermedades de las plantas y nematodos y regula la apertura y cierre de los estomas16. La rosa Dolce Vita tiene un color de flor predominantemente blanco con bordes rosados. La apariencia óptima del color del borde de los pétalos está estrechamente relacionada con la cantidad y calidad de la luz y juega un papel determinante en el valor comercial de este cultivar. Uno de los problemas al cultivar esta variedad de rosas, especialmente en temporadas de poca luz, es que las flores suelen volverse blancas y el color rosado del margen de los pétalos desaparece. Esta complicación reduce la calidad y la comerciabilidad del producto. Para intensificar el color del borde de la flor y mejorar la calidad y el despliegue floral de las flores cortadas de rosas Dolce Vita, se realizó esta investigación. De acuerdo con los casos mencionados, se estudió el efecto de los espectros azul y rojo de una fuente de iluminación LED como luz suplementaria y la aplicación foliar de potasio nanoquelado y sus interacciones sobre el contenido de antocianinas y algunas propiedades morfofisiológicas y bioquímicas del cultivar de rosa Dolce Vita bajo cultivo sin suelo. .

Esta investigación se llevó a cabo en la unidad de invernadero y los laboratorios de investigación del departamento de horticultura de la Universidad de Urmia, Urmia, Irán. Se compraron plántulas de rosas recién injertadas del cultivar Dolce Vita en un vivero comercial local y cada plántula se plantó en una maceta de plástico de 10 litros que contenía turba y perlita en una proporción del 75 al 25 por ciento. Las macetas se transfirieron bajo un sistema de riego por goteo y las plantas se fertirrigaron con una receta comercial modificada de fertilización para rosas utilizando una estrategia de riego por pulsos cinco veces al día. El contenido de potasio de la receta utilizada se redujo a la mitad y la solución nutritiva final contenía 150 mg/l de N, 45 mg/l de P, 125 mg/l de K, 120 mg/l de Ca, 40 mg/l de Mg y también oligoelementos. Más detalles se muestran en la Tabla 1.

Los tratamientos experimentales incluyeron la aplicación foliar de potasio nanoquelado al 27% en tres niveles (0, 1,5 y 3 g/l) y luz en tres niveles (testigo (luz solar), espectros azul y rojo) como luz suplementaria que se realizó como factorial en un diseño completamente al azar con seis repeticiones. El potasio nanoquelado preparado mediante el método descrito por Nido et al.17. Para esto, se llevó a cabo un proceso de cuatro pasos que incluyó la preparación de una solución de alginato de potasio, pregelificación, estabilización y equilibrio. Para la preparación de solución de alginato de potasio (K-ALG), se mezclaron 117,5 ml de solución madre de alginato (alginato de sodio 6 mM, pH 4,9) con KCl (como fuente de potasio) y se sonicaron en un sonicador Elmasonic P 120 H durante 20 min. Para formar el pregel, se añadió gota a gota una solución de cloruro de calcio 36 mM (pH 7) a K-ALG mientras se sonicaba a 25 °C. En la etapa de estabilización, se agregaron gota a gota 25 ml de solución madre de quitosano (CHI), preparada disolviendo 0,10 mg/ml de quitosano de bajo peso molecular en ácido acético al 1%, a la mezcla K-ALG-CHI mientras se agitaba durante 30 minutos. Para completar la reacción química, la mezcla preparada se mantuvo durante 24 h a temperatura ambiente y finalmente, la solución se secó en estufa a 75 °C durante 1 h para obtener fertilizante sólido. El contenido de potasio analizado por el fotómetro de llama Jenway PFP7. Los materiales químicos utilizados en este método se adquirieron de Sigma-Aldrich Chemicals Company. La aplicación de tratamientos de iluminación y nanoquelados de potasio comenzó apenas una semana después de la primera curvatura del tallo y cuando los nuevos brotes alcanzaron una altura de 3 a 4 cm. Potasio nanoquelado utilizado una vez por semana en aplicación foliar. El uso de luz roja y azul como luz suplementaria comenzó simultáneamente con la aplicación de potasio nanoquelado. Iluminación LED suplementaria como luz roja y azul utilizada con una intensidad de 95 µmol m −2 s −1 (Fig. 1). La intensidad de la luz total fue de aproximadamente 530 µmol m-2 s-1 en el punto de crecimiento de las plantas. La temperatura día/noche se ajustó a 27/22 °C durante el período de crecimiento y la humedad relativa se mantuvo en 55%. Se tomaron muestras de plantas para evaluar las características morfofisiológicas y bioquímicas.

Tratamiento de rosas Dolce Vita con luz azul y roja.

Después de cosechar el tallo floral, se midió la longitud del tallo desde el punto de corte hasta la punta de la yema y se informó en centímetros. Para determinar el área foliar, se seleccionaron al azar tres hojas completamente desarrolladas del centro del brote y el área foliar se midió con un medidor de área foliar (AM 200). El peso fresco de los tallos florales enteros se midió mediante una balanza digital con una precisión de 0,01 g. Para determinar el peso seco del tallo, se colocaron por separado en una bolsa de papel en un horno a 70 °C durante 72 h y luego se midieron con una balanza digital con una precisión de 0.001 g. El espesor de la hoja se midió con un micrómetro de alta resolución (Mitutoyo Digital Micrometer, Modelo 293-185. Kawasaki, Japón).

Los tallos florales bien desarrollados se cosecharon en etapa comercial y se evaluó la longevidad de las flores según el método descrito por Aghdam et al.18. La intensidad de la luz del almacén se ajustó a 60 µmol m-2 s-1 suministrada por una mezcla de lámparas inflorescentes de color blanco cálido y frío. El recorte del tallo se realizó cada tres días.

El contenido de antocianinas de los pétalos en todos los extractos se midió mediante espectrofotómetro y método diferencial de pH19 utilizando dos sistemas tampón, tampón de cloruro de potasio (0,025 M, pH = 1) y tampón de acetato de sodio (0,4 M, pH = 4,5). Los resultados se expresaron en miligramos por litro equivalente a cianidina-3-glucósido en el extracto con base en la siguiente fórmula:

La densidad del pigmento antocianina monomérico en el extracto en mg/l es igual a (Ɛ × 1) (A × MW × DF × 1000), en la que DF, MW, Ɛ y A se refieren al factor de dilución de la muestra, peso molecular de la cianidina. , Coeficiente molar de cianidina y cantidad de adsorción, respectivamente. La cantidad de absorción se calcula de la siguiente manera:

El A510 y el A700 representan una absorbancia de 510 nm y 700 nm, respectivamente.

La medición de los pigmentos fotosintéticos se realizó mediante el método Gross20 y la absorbancia se leyó a 645 y 663 nm utilizando un espectrofotómetro (UV/Visible Lambda 25 Perkin Elmer). La cantidad de clorofilas a, b y total se calcularon a partir de las siguientes ecuaciones y se expresaron en mg/g de peso fresco.

En las relaciones anteriores, OD663 y OD645 son las tasas de absorción a 663 y 645 nm, respectivamente.

Se utilizó el método DPPH para medir la capacidad antioxidante. Para medir la capacidad de los extractos para inhibir los radicales libres (DPPH), primero se mezclaron 100 μl de extracto metanólico con 1900 μl de DPPH y luego las muestras se colocaron en la oscuridad a temperatura ambiente durante 30 min. Luego, la absorbancia de las muestras fue leída por espectrofotómetro a 517 nm y expresada por el porcentaje de inhibición21.

Ac = absorción de control.

As = absorción de la muestra.

Se utilizó un porómetro foliar (SC-1, Meter group, Inc. EE. UU.) para determinar la conductancia estomática. La tasa de fotosíntesis medida por un sistema de fotosíntesis portátil (HCM-1000, Heinz Walz GmbH. Alemania. Modelo de sonda: 1050-H).

El contenido fenólico total se midió utilizando el método del reactivo de Folin-Ciocalteu descrito por Marinova et al.22 con algunas modificaciones menores en el peso de la muestra de planta y el factor de dilución. La absorbancia de las muestras se leyó a 750 nm. Se usó la curva estándar de ácido gálico para calcular la cantidad de contenido de fenol total y la cantidad de fenol se calculó basándose en la curva estándar de ácido gálico usando la siguiente ecuación en miligramos de ácido gálico por gramo de peso fresco.

Y = un número leído en un espectrofotómetro.

X = cantidad de fenol en mg/g de peso fresco.

Se utilizó el método colorimétrico de cloruro de aluminio23 para medir el contenido de flavonoides en hojas y pétalos. La absorbancia de las muestras se leyó a 415 nm. El contenido total de flavonoides de las muestras se expresó en mg equivalentes de quercetina por gramo de peso seco de la planta.

La cantidad de H2O2 se midió utilizando un método descrito por Velikova et al.24. La absorbancia de la muestra se leyó a 390 nm y se usó una curva estándar para calcular la concentración de peróxido de hidrógeno y los resultados se presentaron en micromoles por gramo de peso fresco.

Se utilizó el método de Bradford25 para determinar la cantidad de proteínas solubles. La lectura se realizó con un espectrofotómetro a 585 nm. La cantidad de proteína se calculó después de dibujar la curva estándar de proteína y se expresó en miligramos por gramo de peso fresco usando la siguiente ecuación.

y es el valor leído en el espectrofotómetro y x es el valor a calcular.

Se utilizaron 0,5 g de tejido foliar para medir los azúcares disueltos según el método de Irigoyen et al.26. Para dibujar la curva estándar de glucosa se prepararon soluciones de glucosa con concentraciones de 0 a 120 mg/l y sobre ellas se realizaron todos los pasos experimentales y finalmente se leyó la absorbancia a 625 nm.

Los autores confirman que todos los métodos utilizados en este estudio se realizaron de acuerdo con las directrices y regulaciones internacionales y/o institucionales pertinentes.

Según ANOVA, el efecto de interacción de la luz y el potasio nanoquelado fue significativo en la altura del tallo de la flor (Tabla 2). Como se muestra en la Fig. 2a, la altura más alta del tallo de la flor (100 cm) se observó en el tratamiento con luz roja y una concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado.

La biomasa y algunos rasgos morfológicos de Dolce Vita aumentaron en respuesta a los diferentes niveles de luz y potasio nanoquelado: (a) altura del tallo floral, (b) tallo floral FW, (c,d) tallo floral DW, (e,f ) ancho de los estomas, (g) área foliar y (h) espesor de las hojas. Peso fresco FW, peso seco DW.

La interacción de los tratamientos con luz y potasio nanoquelado provocó un aumento en el peso fresco del tallo floral. El mayor peso fresco del tallo de la flor (120,31 g) se observó en el tratamiento con luz roja y una concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado, que aumentó significativamente en comparación con el control (80,48 g) (Fig. 2b). El tratamiento con luz aumentó el peso seco del tallo de la flor y el tratamiento con luz roja tuvo un mayor efecto (32,32 g) en el aumento del peso seco del tallo de la flor. El peso seco más bajo del tallo de la flor (23,01 g) se observó en el control (Fig. 2c). Según la Fig. 2d, se descubrió que el tratamiento con potasio nanoquelado aumentaba el peso seco de los tallos de las flores. La concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado tuvo el mayor efecto en el aumento del peso seco de los tallos florales.

Según nuestros hallazgos, el tratamiento con luz aumentó el ancho de los estomas y, como se muestra en la Fig. 2e, el tratamiento con luz roja y azul en el ancho de los estomas no fue estadísticamente significativo, pero tuvo una diferencia significativa con el control (29,44 µm). El aumento de la concentración de potasio nanoquelado aumentó el ancho de los estomas, de modo que la concentración de 3 g / l provocó el ancho de estomas más alto (40 µm), que aumentó en comparación con el control (Fig. 2f).

Según los resultados del ANOVA, se encontró que la interacción del tratamiento con luz y el potasio nanoquelado provocó una tendencia creciente en el área foliar. Según la Fig. 2g, el área foliar más alta (13.240,5 mm2) se observó con luz roja en combinación con la concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado, lo que resultó en un aumento de 1,68 veces en el área foliar en comparación con el control.

Los resultados mostraron que la combinación de tratamientos ligeros y con potasio nanoquelado redujo el grosor de las hojas en las plantas tratadas. Como se muestra en la Fig. 2h, el espesor de hoja más alto (0,440 mm) se observó en el tratamiento de control y el espesor de hoja más bajo (0,196 mm) se observó en el tratamiento con luz roja con 3 g/l de potasio nanoquelado.

Las interacciones de la luz y el potasio nanoquelado tienen un efecto significativo sobre la conductancia estomática en un nivel de probabilidad del 1% (Tabla 2). Los resultados mostraron que el tratamiento con luz y potasio nanoquelado aumentó la conductancia estomática, de modo que la conductancia estomática más alta (316,53 mmol CO2 m-2 s-1) se observó en el tratamiento con luz roja y una concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado. No hubo diferencia estadísticamente significativa entre los tratamientos con luz roja con una concentración de 1,5 g/l y los tratamientos con luz azul con una concentración de 3 g/l mil nanoquelados de potasio. La conductancia estomática más baja se observó en el tratamiento control. Como muestra la Fig. 3a, el tratamiento con luz roja y potasio nanoquelado dio como resultado un aumento en la conductancia estomática en comparación con el control.

Los rasgos fisiológicos de Dolce Vita aumentaron en respuesta a los diferentes niveles de luz y potasio nanoquelado: (a) conductividad estomática, (b) clorofila total, (c) tasa de fotosíntesis, (d) contenido de proteínas, (e,f) soluble carbohidratos, (g) antocianina de los pétalos y (h) contenido de H2O2. Peso fresco FW, peso seco DW.

El contenido total de clorofila se vio significativamente afectado por la interacción de los tratamientos con luz y potasio nanoquelado. El tratamiento con luz y potasio nanoquelado aumentó el contenido total de clorofila. Según la Fig. 3b, se encontró que la aplicación de 3 g/l de potasio nanoquelado en presencia de luz azul dio como resultado el mayor contenido total de clorofila (3,95 mg/g FW). Aunque no hubo diferencias estadísticamente significativas entre el tratamiento reciente y la concentración de 1,5 g/l de potasio nanoquelado combinado con luz roja. La cantidad más baja de contenido total de clorofila (1 mg/g FW) se observó en el control.

Los hallazgos de esta investigación mostraron que tanto la luz roja como la azul combinadas con potasio nanoquelado conducen a un aumento en la tasa de fotosíntesis. Los tratamientos con luz azul y roja y concentraciones de 1,5 y 3 g/l de potasio nanoquelado provocaron un aumento en la tasa de fotosíntesis hasta 8,44 µmol CO2 m−2 s−1, lo que muestra un aumento notable en comparación con el control (2,05 µmol CO2 m−2 s−1) (Figura 3c).

Se descubrió que el tratamiento combinado de potasio ligero y nanoquelado conducía a un aumento del contenido total de proteínas. Como se muestra en la Fig. 3d, el aumento de la concentración de potasio nanoquelado y el tratamiento con luz provocaron una tendencia creciente en el contenido total de proteínas. El tratamiento con luz roja y la concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado dieron la mayor cantidad de contenido de proteína total (9,72 mg/g FW). La cantidad más baja de proteína (3,4 mg/g FW) se observó en el control. Según la Fig. 3d, se descubrió que el tratamiento con luz roja y una concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado dieron como resultado un aumento de casi tres veces en la proteína total en comparación con el control.

La comparación de las medias de los datos mostró que el tratamiento con luz roja aumentó la cantidad de carbohidratos solubles y las plantas expuestas al tratamiento con luz roja tuvieron la mayor cantidad de carbohidratos solubles (686,22 mg/g FW). La cantidad más baja de carbohidratos solubles (485,77 mg/g FW) se observó en el tratamiento con luz azul (Fig. 3e). Según la Fig. 3f, se descubrió que el tratamiento con potasio nanoquelado aumentaba la cantidad de carbohidratos solubles. La concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado tuvo el mayor efecto en el aumento de la cantidad de carbohidratos solubles, en comparación con el control.

Los resultados de ANOVA mostraron que el contenido de antocianinas de los pétalos se vio afectado significativamente por la interacción de los tratamientos con luz y potasio nanoquelado (Tabla 2). La aplicación combinada de potasio ligero y nanoquelado condujo a un aumento en el contenido de antocianinas en los pétalos. La mayor cantidad de contenido de antocianinas en los pétalos (18,60 mg/g FW) se obtuvo con la aplicación de 3 g/l de potasio nanoquelado en presencia de luz roja. La cantidad más baja de antocianina de pétalos (9,93 mg/g FW) se observó en el tratamiento de control (Fig. 3g).

Según nuestros hallazgos, la luz roja en combinación con 3 g/l de potasio nanoquelado tuvo el mayor efecto en el aumento del contenido fenólico de los pétalos, que fue de 140,92 mg de ácido gálico/g FW, lo que muestra un aumento en los fenólicos totales de los pétalos en comparación con el control. (Tabla 3).

Los resultados mostraron que la interacción de los tratamientos con luz y potasio nanoquelado conducía a un aumento de los flavonoides de hojas y pétalos. Como se muestra en la Tabla 3, la mayor cantidad de flavonoides de hojas y pétalos se obtuvo en presencia de luz roja y la concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado y la cantidad más baja se observó en el tratamiento de control.

La luz en combinación con tratamientos con nanoquelados de potasio afecta la capacidad antioxidante. El tratamiento con luz roja combinado con concentraciones de 1,5 y 3 g/l de potasio nanoquelado tuvo el mayor efecto en el aumento de la capacidad antioxidante (Tabla 3).

Según los resultados de ANOVA, el efecto del tratamiento con luz sobre el contenido de peróxido de hidrógeno de los pétalos fue significativo con un nivel de probabilidad del 1% (Tabla 2). La comparación de las medias mostró que tanto el tratamiento con luz roja como el azul redujeron la cantidad de H2O2 y la cantidad más baja de peróxido de hidrógeno (0,141 μmol/g FW) se observó en las plantas tratadas con luz roja (Fig. 3h).

Nuestros hallazgos mostraron que el uso combinado de tratamiento con luz y potasio nanoquelado condujo a un aumento en la vida útil del florero. Como muestra la Tabla 3, la vida en florero más alta (26 días) se observó en el tratamiento con luz roja en combinación con la concentración de 3 g/l de potasio nanoquelado. La vida de florero más baja (13,66 días) se observó en el tratamiento control.

Según nuestros hallazgos, como se ve en las figuras 2a a d, el uso de potasio nanoquelado y luz roja provocó un aumento en la altura del tallo de la flor, así como un aumento en su peso fresco y seco y en la hoja. área. En confirmación de la presente investigación, en el estudio realizado por Poudel et al.27, la longitud del tallo y el entrenudo y el número de hojas de las plántulas de uva cultivadas con luz LED roja fueron mayores en comparación con las cultivadas con luz LED azul28.

En el presente estudio, como se ve en la Fig. 3a, el tratamiento con luz roja provocó un aumento en la conductancia estomática. La zeaxantina es uno de los componentes del ciclo de las xantofilas en el cloroplasto, aumenta con la luz y disminuye con la oscuridad. Por otro lado, la luz roja y azul reduce la acidez de la luz y por tanto aumenta el contenido de zeaxantina29; es decir, estimula la apertura estomática, lo que resulta en una mayor conductancia estomática, mientras que la oscuridad y la luz verde impiden la apertura estomática29,30. El potasio juega un papel crucial en la regulación de la turgencia dentro de las células protectoras durante el movimiento estomático31. Como un rápido transporte de K+ desde las células protectoras hacia el apoplasto de la hoja resultó en el cierre de los estomas, es razonable pensar que una condición deficiente de K puede alterar la apertura de los estomas. El efecto inductivo de la deficiencia de K+ sobre el cierre de los estomas y la inhibición de la fotosíntesis se ha informado en varias plantas de cultivo32,33.

Aumento de altura debido a la presencia de luz azul en algunas plantas como crisantemo (Chrysanthemum morifolium)34, perejil (Petroselinum crispum)35, petunia (Petunia × hybrida)36 y reducción de altura en plantas como Arabidopsis37 y nochebuena (Euphorbia pulcherrima). )38 que muestra que diferentes plantas reaccionan de manera diferente al espectro de luz azul. La luz azul afecta la expresión y función de algunos genes responsables del metabolismo de las giberelinas (como GA20ox) y, en algunas especies de plantas, conduce a la creación de una señal mediante pigmentos criptocromos y a la reducción de la producción de giberelinas, lo que resulta en la reducción del crecimiento del tallo. altura. Mientras que en algunas otras especies, el aumento en la producción de giberelina y el aumento de altura ocurren en este proceso39,40. Se ha informado que existe una estrecha relación entre el potasio y el crecimiento de los tejidos meristemáticos, y el efecto fortalecedor de este elemento sobre la biosíntesis de los reguladores del crecimiento de las plantas, como la giberelina y las auxinas, que conduce a un aumento de la longitud celular y, por lo tanto, al crecimiento longitudinal de la planta. órganos41. En un estudio similar, AM El-Naggar y B El-Nasharty42 informaron que el uso de aspersión foliar de 2% de potasio junto con la aplicación al suelo de 100% de potasio tuvo los efectos más significativos en la altura de la planta, el número de hojas por planta, la frescura y peso seco de hojas, número de flores por espiga, diámetro de florete, longitud de espiga, peso fresco y seco de floretes, diámetro de cormo nuevo, peso fresco y número de cormos por planta en gladiolos.

Durante varios estudios, se ha informado que el rango de longitud de onda de 640 a 670 nm (luz roja) fue eficaz para promover la actividad fotosintética, la biomasa vegetal y el crecimiento de las hojas. También juega un papel sustancial en el desarrollo del aparato fotosintético, la tasa neta de fotosíntesis y el metabolismo primario43,44.

La apertura de los estomas ocurre en respuesta a bajas concentraciones de dióxido de carbono interno, alta intensidad de luz y alta humedad45. Con una baja disponibilidad de potasio, las plantas son más susceptibles al marchitamiento y una deficiencia leve de potasio afecta la tasa de fotosíntesis al reducir la conductancia estomática y las reacciones bioquímicas fotosintéticas46. La aplicación de 2,5 g/l de fertilizante nanopotásico provocó un aumento de la conductancia estomática y del diámetro del tallo en plantas de calabaza (Cucurbita pepo)47. En otro estudio, el uso de sulfato de potasio condujo a un aumento en el peso fresco y seco, la altura de la planta, la longitud de las raíces y el área foliar de la mostaza india (Brassica juncea L.)48.

El potasio es un macronutriente que desempeña un papel crucial en muchos procesos fisiológicos de las plantas, como la turgencia y expansión celular, la osmorregulación, la apertura y cierre de estomas, y también funciona como activador de varias enzimas49. Parece que de esta forma se ha producido un aumento de la conductancia estomática en el presente estudio. De manera similar al presente estudio, en una investigación, la luz LED roja aumentó el peso fresco y seco de las partes aéreas, la cantidad de tallos, hojas y la altura del tallo en plántulas de toronjil (Melissa officinalis) en comparación con las LED azules50.

Nuestros hallazgos confirman los resultados de Ouzounis et al.51 que informaron que la biomasa total y la altura de las rosas aumentaron con una mayor proporción de luz roja a azul. Los hallazgos muestran que la reacción de las plantas a espectros de luz específicos o sus diferentes proporciones depende de las especies o cultivares. Se han informado los efectos mejorados de las luces azules y rojas para aumentar el crecimiento de plantas como la lechuga (Lactuca sativa), el rábano (Raphanus sativus) y la espinaca (Spinacia oleracea)52,53, la petunia54 y la pícea común (Picea abies)55. Un grupo de investigadores cree que la presencia de bajas intensidades de luz azul puede potenciar la actividad de pigmentos como las fototropinas y como resultado aumentar el crecimiento de las plantas, pero por otro lado, debido a los diferentes efectos de la luz azul sobre otros fotorreceptores. como el criptocromo y los fitocromos, es posible que la respuesta y reacción de diferentes especies de plantas al crecimiento sean diferentes entre sí56,57. La luz roja es recibida por el fitocromo y afecta la biomasa productiva y el alargamiento de las plantas58. La luz azul también afecta las respuestas fotomorfológicas (como ajustar el área y la apariencia de las hojas) a través de fototropinas y criptocromos que actúan de forma independiente o sinérgica con el fitocromo59,60.

La presencia de carbohidratos es necesaria para el desarrollo y apertura de las flores. Los carbohidratos provocan una mayor absorción de agua, lo que aumenta la turgencia celular y la frescura de los pétalos, por lo que es esperable el aumento del diámetro de las flores61. En el presente estudio, la interacción de la luz y el tratamiento con potasio nanoquelado condujo a un aumento en el contenido de pigmentos fotosintéticos (Fig. 3c) y a la acumulación de carbohidratos. Teniendo en cuenta el papel de los carbohidratos en el aumento de la absorción de agua, se puede esperar que aumente el peso fresco de los tallos de las flores.

La clorofila y los carotenoides, al participar en el complejo atrapador de luz, juegan un papel muy importante en la eficiencia de la fotosíntesis, la absorción de luz y la transferencia de electrones62. Según las investigaciones realizadas por Massa et al.63 y Niakan et al.64, se ha destacado el efecto mejorador de la luz sobre el crecimiento y el contenido de clorofila. Las luces rojas y blancas afectan la producción de precursores de clorofila y aumentan la biosíntesis de clorofila. La irradiación con luz roja por sí sola no tuvo éxito para la biosíntesis de clorofila, mientras que la combinación de irradiación con luz azul y roja fue necesaria para este proceso y mejoró la biosíntesis de clorofila y, por tanto, la tasa de fotosíntesis65. La luz roja del espectro visible es necesaria para el crecimiento del aparato fotosintético y la fotosíntesis, mientras que la luz azul es necesaria para la síntesis de clorofila, cloroplasto, apertura de estomas y fotomorfogénesis66. El aumento de la cantidad de fotosíntesis en el presente estudio debido al tratamiento con luz roja probablemente esté relacionado con el desarrollo del aparato fotosintético. La luz roja en combinación con la luz azul es mejor para la fotosíntesis10. La luz azul afecta el ancho de los estomas y la conductividad estomática, la altura de las plantas y la biosíntesis de clorofila67. En confirmación de los resultados del presente estudio, Chung et al.68 informaron de un aumento en el contenido de clorofila en las plantas de orquídeas (Oncidium 'Gower Ramsey) expuestas a una combinación de luz roja y azul.

En este estudio, el uso de potasio nanoquelado provocó un aumento de los pigmentos fotosintéticos. El potasio no tiene un efecto directo sobre la actividad de la enzima rubisco carboxilasa, pero al aumentar la síntesis de enzimas de carboxilación como la fosfoenolpiruvato carboxilasa (caso PEP), estimula la estabilización del dióxido de carbono y aumenta la tasa de fotosíntesis69. Se ha informado que el uso de diferentes concentraciones de potasio nanoquelado puede provocar un aumento significativo en la cantidad de clorofila a y b, la cantidad de azúcares solubles y el contenido de proteínas en las hojas de las plantas70. En confirmación de los resultados del presente estudio, AM El-Naggar y B El-Nasharty42 informaron un aumento en el contenido de clorofila a y b en las hojas de la planta gladiolo en respuesta a la aplicación de potasio.

Según las figuras 3e a f, el tratamiento con luz roja y potasio nanoquelado aumentó la cantidad de carbohidratos solubles. Además, la cantidad de proteína total y antocianina de las flores se vio afectada por la interacción de la luz y el potasio nanoquelado (Fig. 3d, g). La luz, a través de la activación de algunos genes (CHS, CHI y F3H) involucrados en la biosíntesis de antocianinas, provoca la acumulación de antocianinas en tejidos verdes y células cultivadas71. Las investigaciones muestran que, junto con la luz roja monoespectral, la combinación del espectro LED azul y rojo también provoca la acumulación de metabolitos primarios, así como el aumento de antocianinas, polifenoles y flavonoides72,73. Sin embargo, los LED rojos tienen un mayor efecto sobre la acumulación de antocianinas que los LED azules. Este problema puede atribuirse al aumento de la expresión de los genes de biosíntesis de antocianinas (por ejemplo, MdMYB10 y MdUFGT) debido al tratamiento con luz roja74. Se ha demostrado que el potasio aumenta la producción de almidón y carbohidratos75. La calcona isomerasa, una de las enzimas clave de la biosíntesis de antocianinas, puede activarse mediante una señal de los carbohidratos solubles, por lo que la acumulación de carbohidratos puede mejorar la producción de antocianinas76. Los resultados de una investigación sobre la coloración de los pétalos de Prunus × yedoensis 'Somei-yoshino' mostraron que una combinación de luz azul y roja provoca una mayor producción de antocianinas que la luz azul monocromática, lo que indica la correlación entre los receptores de luz azul y roja77.

Los hallazgos demostraron que el potasio desempeña un papel esencial en la construcción de compuestos poliméricos en las plantas. En las plantas que sufren deficiencia de potasio se acumulan azúcares simples, compuestos nitrogenados solubles y aminoácidos y se reduce la cantidad de almidón y proteína de las hojas78. El potasio participa en la última etapa del proceso de producción de proteínas. K+ es un activador de decenas de enzimas importantes y contribuye en la síntesis de proteínas, el transporte de azúcar, el metabolismo de N y C y la fotosíntesis. Desempeña un papel importante en el rendimiento de los cultivos y la mejora de la calidad31,79,80,81,82,83. Por lo tanto, se puede suponer que el uso de potasio nanoquelado puede ser una razón para el aumento del contenido de proteínas.

En el presente estudio, la aplicación de luz roja y potasio nanoquelado condujo a un aumento de la capacidad antioxidante y de la cantidad de compuestos fenólicos y flavonoides de los pétalos. Se ha informado de una relación directa entre las propiedades antioxidantes y la cantidad de compuestos fenólicos y el contenido de antocianinas en el arándano (Myrica pensylvanica)84 y los arándanos (Vaccinium corymbosum)85. La calidad de la luz tiene un efecto significativo sobre la acumulación de diferentes metabolitos en las plantas86. Los flavonoides participan en muchos aspectos del crecimiento y desarrollo de las plantas, incluida la resistencia a los patógenos, la producción de pigmentos, la protección contra los rayos UV, el desarrollo del polen y el desarrollo de la cubierta de las semillas87. El aumento en la cantidad de compuestos fenólicos totales debido al tratamiento con potasio se puede atribuir al aumento en la expresión de genes implicados en la biosíntesis de fenilpropanoides, y especialmente al aumento en la expresión del gen responsable de la biosíntesis de la enzima fenil- alanina-amonioliasa (PAL), que es la primera enzima en la vía de síntesis del compuesto fenólico88.

Como se ve en la Fig. 3h, la interacción de la luz y el potasio nanoquelado condujo a un aumento del doble en la vida útil de las rosas cortadas. El envejecimiento en las plantas es un proceso oxidativo e incluye cambios bioquímicos, fisiológicos, hormonales y estructurales, que provoca la destrucción de grandes moléculas como proteínas, ácidos nucleicos y lípidos89. Una de las razones de la senescencia en los tejidos vegetales es la participación de especies reactivas de oxígeno (ROS), incluidos el peróxido de hidrógeno y el hidroxilo, que provocan la producción de radicales libres y la destrucción de proteínas, lípidos y ácidos nucleicos, y finalmente la senescencia de las flores90,91. La luz roja aumenta el contenido total de fenol así como la capacidad de eliminación de radicales92 que ralentiza el envejecimiento de la flor. El potasio es un macronutriente esencial que contribuye en muchos aspectos fisiológicos relacionados con el ajuste osmótico, el mantenimiento de la presión de turgencia, la expansión celular, el equilibrio del potencial eléctrico de la membrana plasmática y la regulación homeostática del pH49. En el presente estudio, la aplicación de luz roja y potasio nanoquelado condujo a la mejora de algunos índices relacionados con la calidad de la flor y la vida en florero como el contenido de pigmentos fotosintéticos, la capacidad antioxidante y los compuestos fenólicos, por lo que se puede esperar que la vida en florero de flores de rosas aumentará debido al tratamiento con luz roja y potasio nanoquelado.

El uso de iluminación LED y potasio nanoquelado mejoró los rasgos morfológicos y bioquímicos de la flor de rosa 'Dolce Vita'. La luz roja en combinación con potasio nanoquelado aumentó la tasa de fotosíntesis y la biomasa de las plantas de rosas (Fig. 4). Los rasgos bioquímicos, como el contenido de proteínas, el contenido de antioxidantes, los fenólicos totales y los flavonoides, también se vieron afectados por la luz roja y el potasio nanoquelado, lo que condujo a una mejora del color en el borde de los pétalos y a mayores valores de comerciabilidad. Además, la vida útil del florero aumentó notablemente. En general, se puede concluir que el uso de luz roja y potasio nanoquelado, puede ser efectivo para mejorar la calidad de las flores producidas, especialmente en temporadas en las que las plantas experimentan una disminución en la intensidad y duración de la luz.

Un modelo de trabajo esquemático de diseño experimental y hallazgos.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Departamento de Ciencias Hortícolas, Facultad de Agricultura, Universidad de Urmia, Apartado postal: 165-5715944931, Urmia, Irán

Zahra Heidari, Parviz Noruzi, Javad Rezapour-fard y Zohreh Jabbarzadeh

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ZH y PN escribieron el manuscrito principal. JR ayuda en análisis estadístico y diseño experimental. ZJ cuenta con asesoramiento en algunos procedimientos de Métodos. Además, todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Parviz Noruzi.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Heidari, Z., Noruzi, P., Rezapour-fard, J. et al. Los diferentes espectros de luz LED y el potasio nanoquelado afectan las características de calidad de las rosas cortadas Dolce Vita en condiciones de cultivo sin suelo. Representante científico 13, 6769 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34056-4

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Recibido: 25 de octubre de 2022

Aceptado: 24 de abril de 2023

Publicado: 25 de abril de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34056-4

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