Conceptos basicos de la luz y su relacion con las plantas

La luz es uno de los tres factores mas importantes que actúan sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas, junto con el oxigeno/CO2 y los minerales. Es un factor imprescindible para llevar adelante una serie de procesos fisiológicos en las plantas, siendo el mas importante de todos la fotosíntesis.


La mayor parte de la luz del sol que captan las plantas es transformada en calor y solo una pequeña parte del espectro son esenciales para su crecimiento. Y para estimular su desarrollo con luz artificial, esta debe cumplir que la irradiación de crecimiento resulte suficiente. Siendo las fuentes de luz mas revolucionarias para cumplir el objetivo los diodos emisores de luz (light emitting dioses, LEDs). Para agricultores e investigadores, la gran ventaja de los LEDs es que permiten eliminar aquellas longitudes de onda de la luz normal que son inactivas para la fotosíntesis, consiguiendo entre otros, un ahorro energético con respecto a las lamparas convencionales.


En su estado natural, osease, en los rayos del sol, encontramos un muy amplio espectro con varios tipos de radiaciones: Ultravioletas (0,6%), visibles fotosintéticas o luz fotosintéticamente activa PAR ( 37%), infrarroja corta (NIR) y infrarroja larga FR (ambas 62%). Las que realmente nos interesan son las PAR ya que el resto afectan principalmente a la temperatura. Y dentro de la radiación PAR, el rojo y el azul son los colores que mayor impacto transmiten a las plantas ya que y el verde es el que menor lo tiene, por ello se ven verdes sus hojas ya que rechazan la mayoría de los rayos de luz verde. La luz roja es la que estimula la floración pero ha de ser combinada con el azul para seguir su desarrollo molecular y proteinico.


Las plantas usan la luz comprendida entre los 400-700 nm (conocida como radiación PAR, radiación fotosintéticamente activa, o luz de crecimiento), variando el efecto de la longitud de onda según las horas del día y los estadios de crecimiento de la planta. El espectro de la radiación recibida puede afectar a propiedades como el aspecto y el momento de la floración, y, por ejemplo para plantas con aplicaciones medicinales*, puede afectar al sabor, al olor y al valor farmacéutico y/o nutricional.


Hay que indicar que, en el estudio de la irradiación fotosintética con radiación PAR, es fundamental conocer la cantidad de fotones (PPF, Photosynthetic Photon Flux) responsable de la excitación de la clorofila, y que esta depende de la longitud de onda. Asi, la cantidad de fotones es mayor en la franja roja del espectro que en la azul, por lo que los vegetales emplean de forma mas eficiente la radiación de la región del rojo.


La luz actúa sobre la asimilación del carbono, la temperatura de las hojas y en el balance hídrico, y en el crecimiento de los órganos y tejidos, principalmente en el desarrollo de los tallos, expansión de las hojas y en la curvatura de los tallos. interviene también en la germinación y en la floración. La luz y la temperatura están directamente correlacionadas. En mayores niveles de luz hay mayor temperatura y esto incrementa la transpiración y el consumo de agua. A mayor iluminación en el interior de un invernadero se debe aumentar la temperatura, la humedad relativa y el gas carbónico (CO2), para que la fotosíntesis sea máxima. Por el contrario, con falta de luz pueden descender las necesidades de los demás factores.


LOS ESPECTROS Y SUS EFECTOS SOBRE LAS PLANTAS


UV-C 200-280nm. Afortunadamente el ozono de la atmósfera lo filtra en su totalidad permitiendonos vivir a todos nosotros. Se suele usar como germicida en conductos de ventilación, limpieza de equipos médicos, purificadores de agua o hasta inodorizacion. En cultivos de interios se usa efectivamente para eliminar olores.


UV-B 280-315nm. Desde hace mas de 30 años, Robert Connell Clarke nos anticipaba los posibles efectos de los radiaciones UV-B sobre el THC. Exponiendo la teoría de que el cannabis usa esa sustancia para protegerse y como actúa este con los cannabinoides
…En el laboratorio, Raphael Mechoulam ha convertido CBD en THC exponiendo una solución de ácido de CBD en hexano a la luz ultravioleta de 235-285 nanómetros durante 48 horas...

NOTA: Marijuana Botany, Robert Connell Clarke, Ronin Publishing, 1981 ...

Ed Rosenthal es también uno de los grandes defensores de esta teoría, basandose en la tesis doctoral de Jhon Lydon, donde narra una serie de experimentos hechos sobre el cannabis, allí queda claro claro que el THC protege a la planta mejor que el CBD.


Jose T. Gallego en su articulo "THC y luz ultravioleta", mencionado también en este foro, nos ofrece una buena recopilación de datos donde explica la base científica y cuenta estrategias de varios cultivadores.


La exposición a la radiación en la parte media ultravioleta del espectro electromagnético (UV-B) provocan respuestas de estrés, inhibición de la fotosíntesis y daños en el ADN. Y como defensa, las plantas producen/acumulan pantallas solares que absorben UV-B.


Por otra parte, Universidad de Tarapacá. Facultad de Ciencias Agronomicas. Arica - Chile. nos dice en un estudio sobre esta radiación sobre las plantas de diversa indole que, las plantas aclimatadas de alta radiación UV-B. como lo son en alta montaña, son caracterizadas principalmente presentando tallos y ramas cortas, resultando plantas de morfología mas bien compacta y pequeño.
La baja estatura de estas plantas expuestas a altas intensidades de radiación UV-B ha sido relacionada directamente con la inducción de internados mas cortos en distintas especies. Por ello se ha sugerido que el mecanismo por el cual la radiación UV-B reduce la longitud del tallo seria la oxidación de fitohormonas inductoras del tamaño de las células, como el acido indolacetico, el cual es susceptible a ser degradado por dicha radiación.
Uno de los mecanismos de adaptación a radiaciones UV-B mas documentado es el aumento de la producción de metabolitos secundarios tales como fenoles y flavonoides, los que se acumulan en las células de la dermis de diversas especies vegetales, y por ser compuestos que absorben radiación entre los 280-360nm, reducen el efecto deletéreo de las UV-B sobre los distintos componentes celulares
Los alcaloides tales como la atropina, morfina, codeína, heroína, nicotina, cafeína, cocaína, etc, son compuestos ampliamente reconocidos por su efecto farmacológico y en las plantas actúan como agentes defensivos y como feromonas. En Cannabis sativa, el aumento de la radiación UV-B induce a la sintesis de canabinoides, así como en Trifolium repens donde la radiación aumenta significativamente la producción de cianogenos.


UV-A 315-400nm La fotosíntesis comienza a actuar a partir de los 380 nm en adelante pero su efecto en este campo es casi nulo.


EL AZUL 400-500nm Actua sobre la fotosintesis (+), Fotomorfogenesis, Fototropismo.La luz azul (300-500nm) tiene un efecto inhibitorio sobre el crecimiento de las plantas, por lo que puede ser usada como alternativa a los productos químicos que retardan el crecimiento vegetal en altura. El uso de la luz azul para inhibir la elongacion de las plantas ha sido previamente documentado con estudios de crisantemos (OYAERT et al. 1999, KIM et al. 2004, SHIMIZU et al., 2006, OKAMOTO et al. 1997) Asi, la luz azul es una estrategia potencial para producir plantas con un crecimiento mas compacto. Ademas, se facilita la aclimatación de los cultivos in vitro contribuyendo al crecimiento de las plantillas (NHUT et al. 2000)
Esta luz afecta a la cantidad de agua que las plantas retienen. Es el principal responsable del crecimiento de la hoja vejetativa. Estimula la producción de clorofila y las reacciones fotosintéticas. Y se manifiesta dando plantas cortas y con entrenados también cortos, fuertes y vigorosas. Su ausencia proporciona plantas enfermizas, delgadas y delicadas.

EL CAMPO DEL VERDE Y AMARILLO

EL VERDE 520-530 La mayoría de las plantas reflejan la luz verde, esta es la razón por la que las veamos de este color. Las plantas absorben muy poca luz verde, y así la misma tiene un efecto mínimo sobre estas. Esto no quiere decir que su efecto sea del todo nulo. De todas formas es la luz que se suele usar para hacer trabajos de jardinería en el fotoperiodo nocturno de cultivos que florecen mediante los estadios de luz.

AMARILLO 530-600 nm. Del amarillo y su funcion esta poco hablada. Se dice que es a partir de este espectro desde se empieza a controlar el fotoperiodo ya que es donde comienza el segundo campo de actuacion de las clorofilas. El lado negativo es que es un color atractivo para ciertas alimañas y mosquitos.

ROJOS

EL AMBAR 600-620 Entra dentro de los espectros que se encargan de controlar el fotoperiodo. Con el al las plantas controlan el ciclo diario de la luz (día/noche), abriendo o cerrando las hojas o pétalos de ciertas flores. Y también ayudan a reconocer incluso el estado anual de la luz y por tanto el momento idóneo para florecer. El ámbar posee mas propiedades para la fotosíntesis que el amarillo.


ROJO 630-700. Las bandas de color rojo de la luz fomentan el crecimiento del tallo, inducen la germinación de las semillas, el proceso del brote y la floración al desencadenar la liberación de hormonas. También acuan sobre el enraizamiento // es el causante de repeler gran mayoría de insectos y plagas


ROJO LEJANO 700-800 nm. Desempeña un papel importante en el crecimiento de las plantas. Es un factor de importancia a la hora de potenciar la respuesta de la plantapara evitar sombra (estirandose por ejemplo). Es un color poco visible, y representa el 1,2% de la luz solar, bajo una cubierta de hojas el 0,88% y bajo 5mm del suelo 0,13%


Infrarojo IR 800-2500 nm. La Temperatura es el factor mas importante a tener en cuenta en la creación de un ambiente en el cultivo principalmente de interior, ya que es el que mas influye sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas. Para el manejo de la temperatura es importante conocer las necesidades y limitaciones de la especie cultivada.

Según el afamado cultivador Ed Rosenthal, el espectro electromagnético se clasifica por longitud de onda. Cuanto mas tiempo dure la onda, menos energía contien. Asi la luz azul, que tiene una longitud de onda corta de 475 nm, tiene mas energía que la luz roja de 660 nm. La luz infrarroja va mas alla del la visión humana, a partir de los 730 nm. Y aunque no podemos verlo, podemos sentirla como calor. Por ejemplo un carbon incandescente emite luz roja visible y luz infrarroja que solo sentimos como calor.
Cada objeto emite radiación infrarroja desde su superficie, si es frio emite menos y si es caliente emitirá mas radiación. De esta manera funciona las cámaras infrarrojas Y las plantas son por regla general un poco mas calientes que el ambiente circundante. El agua y los productos húmedos como el sustrato son a menudo mas fríos, incluso una habitación a oscuras produce una imagen infrarroja.
Las plantas usan la luz roja e infrarroja para regular el crecimiento del tallo y la respuesta fotopriodica. Las células vegetales producen un compuesto químico llamado fitocromo, que tiene dos versiones. Una versión PR, sensible a la luz roja 660 nm que la convierte en PFR. PFR es quien señala que la planta crezca con tallos cortos y robustos aunque también puede ayudar a crecer de otras formas especificas. Las plantas también usan la luz roja e infrarroja para medir el tiempo de oscuridad continuas.
PFR es sensible a la luz infrarroja 730 nm convirtiendo en PR. Cuando los niveles de PR constituyen una medida critica, los científicos presumen que una hormona llamada Floragen se activa e induce la planta a florecer, pero esto es tehorico pues nadie la encontrado.
Para que PFR este presente, debe ser renovada continuamente por la presencia de la luz roja. Cuando las plantas están bajo sombra, reciben menos luz roja de la necesaria y en ausencia de luz roja predomina PR haciendo que los tallos de la planta se estiren para alcanzar la luz. por ejemplo, las ramas inferiores tienen PR y se alertan hasta llegar a la luz. Y entonces modificar su crecimiento en presencia de PFR
Al aire libre durante el día hay mas luz roja de infrarrojos. Sin embargo al amanecer y en los últimos rayos de sol del atardecer no es visible el rojo, pero si el infrarrojo convirtiendo la PFR a PR comenzando o terminando el tiempo critico de su cuenta atrás…
LA FOTOMORFOGENESIS

Es un proceso por el cual las plantas captan la luz a diferentes longitudes de onda y estas señales luminosas generan cambios fisiológicos que afectan el crecimiento, desarrollo y la diferenciación vegetal.

La fotomorfogénesis se define como el crecimiento y desarrollo directamente dependientes de la luz pero no relacionados con la fotosíntesis. Los fenómenos fotomorfogenéticos son respuestas de alta intensidad , y muestran dependencia con la irradiación. La fotomorfogénesis es, en última instancia, la adquisición de la forma a través de la modulación del crecimiento y el desarrollo por la luz. En la planta, el sensor que capta la cantidad, calidad, dirección y periodicidad de la luz es el fitocromo.


Las moléculas involucradas se llaman fotorreceptores, y son:
-Fitocromos
-Criptocromos
-Fotoreceptores de luz UV: absorben radiaciones UV entre 280 y 320 nm.
-Fotoclorofilina a:absorbe luz roja y azul; una vez reducido da clorofila a.

Aún no se entiende la manera en que los fotorreceptores propician la fotomorfogénesis. Aparentemente existen dos tipos principales de efectos que difieren en su velocidad:
1. rápido: actuaría sobre la permeabilidad de las membranas.
2. lento: actúa sobre la expresión genética


DESCRIPCION DE LOS FOTORRECEPTORES Y OTRAS HORMONAS DE INTERES


CRIPTOCROMOS 300-500 nm


Los criptocromos son pigmentos fotorreceptores que se encuentran al parecer en el núcleo de las células de un gran numero de seres vivos, incluidas las plantas. A pesar de tener multitud de funciones, son esenciales en la orientación a través del campo magnético terrestre, en reparación de ADN dañado, en la regulación del sistema inmunologico, en los ritmos cardiacos (reloj biológico) de las plantas, animales e incluso personas.


"En 1864, Julius von Sachs, quién observó que el fototropismo es causado sólo por longitudes de onda del azul y del violeta, descubrió los efectos de la luz azul sobre las plantas. Desde entonces se han descubierto numerosos efectos de esta luz en muchos tipos de plantas y hongos."


Recientemente, se han encontrado dos genes que no están asociados con los criptocromos y cuya función es detectar la luz ultravioleta (entre 290 y 320 nanómetros). Para ello se activan dos genes que producen pigmentos decolorados (quercitin y kaempferol). Ellos filtran la luz ultravioleta. Es decir, las plantas fabrican sus propias cremas para no ser afectadas por la radiación ultravioleta.


Por otra parte, Chentao Lin y sus colaboradores de la Universidad de California en los Angeles, han comprobado que el criptocromo 2, permite a la planta detectar la longitud del día, la que a su vez la faculta para diferenciar las estaciones del año. Por ello, en un determinado período disminuye o detiene el crecimiento vegetativo y comienza su desarrollo floral (al iniciarse la primavera los días son más largos).

Los criptocromos 1 y 2 se estimulan con la luz del extremo visible del espectro, desde el azul-verde (alrededor de 500 nanómetros), hasta la luz ultravioleta (alrededor de 320 nanómetros), lo cual permite a la planta conocer cuando es de noche y cuando es de día, como también detectar la longitud del día, la calidad de la luz y la dirección de donde ésta proviene.

Otro criptocromo descubierto hace pocos años por Tony Cashmore, de la Universidad de Pennsylvania en Philadelphia, tiene la capacidad de activar una enzima llamada chalcone sintetasa, que interviene en la síntesis de una amplia gama de pigmentos y también en el control de numerosos genes.


Los Cripotocromos constituyen una familia de flavoproteínas (una proteína unida a una riboflavina). Existe asociado a una proteína del citocromo en membrana plasmática o estrechamente unida a ésta.


Los Criptocromos son también fotorreceptores del tipo cromoproteínas, proteínas complejas (parte proteica y grupo prostético). Se diferencian de los fitocromos en la longitud de onda de absorción (visible). Estos captan la luz en dos picos: azul 320-366 nm y a 450 nm. (UV)


Funciones: generalmente acompañan a los criptocromos


-Favorecen la apertura de estomas
o    -Regulan el fototropismo.
o    -Regulan la síntesis de enzimas y antocianinas
o    -Favorecen el crecimiento de tallos robustos.
o    -Favorecen la diferenciación de los plástidos.
"Es sabido que la activación de sus criptocromos por la luz azul influye en el comportamiento de las plantas; por ejemplo, inhibe el crecimiento del hipocótilo"

NOTA: Las radiaciones de los sistemas inalámbricos de comunicación afectan a los fitocromos. Esto produce alteraciones en los sistemas de orientación de los animales, al sistema inmunologico y al reloj biológico inclusive de las plantas.


CAROTENOIDES 420-600 nm

Los carotenoides son hidrocarburos sintetizados por las plantas, son los pigmentos responsables del intenso color amarillo, anaranjado o rojo de un gran número de vegetales en sus flores o frutos. Comienzan a mostrarse normalmente en las hojas y cálices de ciertas variedades cuando el color verde de la clorofila se desvanece durante la madurez. Es muy común confundirlos pues le abanico producido por estos varia tan solo entre el rojo y amarillo.
"También cabe destacar que ciertos frutos ricos en vitamina C están influenciados por el caroteno."

Sin embargo resultan esenciales para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis de las plantas, absorviendo la luz necesaria para llevarla a cabo y especialmente en la protección contra la foto-oxidación destructiva. Sin los carotenoides, la fotosíntesis en una atmósfera oxigenada sería imposible.
Los carotenoides y la clorofila b absorben en la longitud de onda del verde. Ambas clorofilas también absorben en la región final del espectro (anaranjado - rojo), o sea a longitudes de onda larga y menor cantidad de energía.

Los pigmentos accesorios (carotenoides en los cloroplastos) tienen como función absorber la luz en la zona del espectro de la luz solar en la que la clorofila tiene una absortividad molar baja, y ceder posteriormente esa energía de excitación a la clorofila. Estos pigmentos aumentan el rango de longitudes de onda utilizables para la fotosíntesis; en su ausencia, los fotones de energías intermedias (que corresponden a los colores del amarillo al verde) no serían utilizados. Son importantes básicamente en el caso de algas, dado que la cantidad de luz en la zona del rojo cae rápidamente con la profundidad del agua; en estos casos se emplean como pigmentos antena las ficobilinas y las ficoeritrinas, que absorben fuertemente en la parte intermedia del espectro visible. En las plantas superiores la importancia de esta ampliación del espectro es menor, porque realmente los carotenoides amplían poco el espectro de absorción de la clorofila.

Estos pigmentos juegan un papel importante en la fotosíntesis al capturar la luz solar y transferir su energía a las moléculas de clorofila dentro del aparato fotosintítico. Además, los carotenoides realizan tres funciones protectoras en el aparato fotosintítico; esto se debe a que actúan como moléculas protectoras por su notable capacidad para extinguir la energía de excitación de otras moléculas, disipándola en forma de calor de una manera no perjudicial para la planta.
La primera función protectora de los carotenoides es su capacidad para extinguir moléculas en estado triple y regresarlas a su estado basal.
La segunda función es extinguir la energía de excitación del oxígeno en estado excitado simple (altamente destructivo), regresándolo a su estado triplete normal (el oxígeno es una molécula inusual ya que en el estado triplete es mas estable que en el estado simple).
La tercera función protectora es la extinción de los centros de reacción de los fotosistemas cuando son sobreexcitados en presencia de luz muy intensa. Para esta tercera función, la zeaxantina, un carotenoide específico, es producido de la violaxantina que se encuentra normalmente presente en el cloroplasto.
Los inhibidores de la síntesis de los carotenoides causan una decoloración o blanqueamiento general de la planta. Esto es debido a que cada vez que una molécula de clorofila absorbe la energía de un fotón existe la posibilidad de que se genere un estado triplete. Sin la presencia de carotenoides para extinguir la energía de las clorofilas en estados tripletes, se pueden generar especies de oxígeno reactivo que pueden destruir el aparato fotosintítico dentro de las membranas de los tilacoides. La destrucción de las clorofilas causa consecuentemente la decoloración o blanqueamiento de las hojas.