Investigadores revelan el potencial fotosintético en el envés de las hojas: fotosíntesis neta +32%, rendimiento 2,8 veces superior y ahorro del 30% en consumo eléctrico.

El equipo de Equipos de Horticultura Inteligente del Instituto de Agricultura Urbana de la Academia China de Ciencias Agrícolas publicó en línea en Environmental and Experimental Botany un artículo de investigación titulado “Iluminación abaxial de las hojas: una estrategia para mejorar la fotosíntesis y el rendimiento en la fresa (Fragaria × ananassa)”. El estudio revela el potencial fotosintético que puede activarse en la cara inferior de las hojas y propone una nueva estrategia de iluminación eficiente con LED para aumentar la eficiencia de utilización de la energía lumínica y los beneficios productivos de los cultivos en ambientes protegidos, aportando así una nueva base teórica y una vía tecnológica para la iluminación suplementaria en invernaderos y para el control preciso del entorno lumínico en las plantas‑fábricas LED.

Antecedentes del estudio

En el ámbito de la agricultura protegida, las plantas‑fábricas basadas en luz artificial dependen principalmente de fuentes luminosas artificiales LED para el cultivo de los vegetales. Las estrategias de iluminación más empleadas hasta ahora se han centrado únicamente en la cara superior de las hojas, ignorando el potencial fotosintético de la parte inferior, lo que ha impedido su explotación efectiva durante largo tiempo. Bajo la doble influencia de los sistemas de cultivo de alta densidad y la sombra generada por el dosel foliar, las hojas inferiores y sus caras inferiores suelen encontrarse en condiciones de baja intensidad lumínica, lo que limita considerablemente la eficiencia de aprovechamiento de la energía solar por parte del cultivo y constituye uno de los principales cuellos de botella que obstaculizan un mayor incremento del rendimiento.

Por consiguiente, explorar el potencial fotosintético de la cara inferior de las hojas y, al mismo tiempo, optimizar e innovar los modelos de iluminación LED se ha convertido en una línea de investigación central para aumentar la eficiencia de utilización de la energía lumínica en los cultivos protegidos y mejorar los resultados productivos globales.

Para abordar este problema, el equipo de investigación, atendiendo a las necesidades de iluminación eficiente y de bajo consumo energético mediante LED en los cultivos protegidos, comparó sistemáticamente, bajo distintas intensidades lumínicas, el impacto de la exposición de la cara superior y la cara inferior de las hojas sobre la fisiología fotosintética, el desarrollo estomático y el rendimiento de la planta, evaluando especialmente el potencial fotosintético del parénquima esponjoso de la cara inferior y su contribución a la productividad fotosintética del conjunto del cultivo.

Figura. Efecto de diferentes direcciones e intensidades de iluminación sobre el rendimiento fotosintético de las hojas y el rendimiento de la planta

Contenido del estudio

El equipo seleccionó la fresa, un cultivo de bayas típico, como material experimental y llevó a cabo ensayos de iluminación suplementaria de diferente intensidad en la cara superior y la cara inferior de las hojas, en un ambiente de iluminación subóptima. Utilizando métodos analíticos como el intercambio gaseoso fotosintético, la fluorescencia clorofílica y la medición de la conductancia mesofilar, se investigó de manera exhaustiva el efecto regulador de la iluminación suplementaria en la cara inferior sobre la capacidad fotosintética de la fresa.

A través de la observación de la morfología de las estructuras estomáticas, los niveles de pigmentos fotosintéticos y la distribución de la biomasa, se desvelaron los mecanismos fisiológicos subyacentes mediante los cuales los distintos modos de iluminación influyen en el crecimiento y el desarrollo de la fresa; asimismo, combinando la evaluación integral del rendimiento y la calidad de los frutos, se determinó la intensidad óptima de iluminación suplementaria en la cara inferior para mejorar de forma eficaz tanto el rendimiento como la calidad de la fresa.

Además, mediante análisis de correlación de Pearson, el estudio estableció un modelo de relación entre el rendimiento de la fresa y diversos indicadores fotosintéticos y fenotípicos, cuantificando y clarificando el mecanismo mediante el cual la mejora de la eficiencia fotosintética derivada de la iluminación suplementaria en la cara inferior contribuye a la acumulación del rendimiento.

Conclusiones y significado del estudio

El estudio confirmó que aplicar una iluminación suplementaria LED de intensidad moderada a la cara inferior de las hojas de la planta puede elevar eficazmente la eficiencia fotoquímica, la función de intercambio gaseoso y la estructura estomática, reforzando así la asimilación de carbono y favoreciendo la acumulación de biomasa. Los datos muestran que, en comparación con el grupo de control sin iluminación suplementaria, la tasa neta de fotosíntesis de las hojas puede aumentar en un 32%, mientras que el rendimiento de la fresa se multiplica aproximadamente por 2,8; además, los niveles de azúcares solubles y proteínas solubles en los frutos aumentan notablemente, y la maduración de los frutos se adelanta entre 5 y 7 días.

En contraste, para lograr un aumento equivalente del rendimiento, el modo de iluminación intensa en la cara superior requiere un consumo energético mucho mayor, mientras que la iluminación suplementaria en la cara inferior necesita una intensidad lumínica menor, lo que reduce en un 30% el flujo de fotones consumidos y mejora la eficiencia de utilización de la energía lumínica, destacando así su ventaja en términos de ahorro energético.

Este estudio, basándose en las características fotosintéticas de ambas caras de la hoja, innova el esquema de iluminación LED en los cultivos protegidos, rompiendo la tradición de dirigir la luz únicamente a la cara superior de las hojas, lo que no solo abre nuevas vías para la iluminación suplementaria en la agricultura protegida y para la aplicación de la iluminación LED en las plantas‑fábricas, sino que también reviste gran importancia práctica para mejorar la eficiencia de utilización de la energía lumínica en los sistemas de producción vegetal basados en luz artificial, reducir el consumo energético de la producción y aumentar el rendimiento por unidad de superficie.

La investigación contó con el apoyo del Proyecto de Innovación Científica y Tecnológica de la Academia China de Ciencias Agrícolas y del Fondo Nacional de Ciencias Naturales de la provincia de Sichuan.

Enlace al artículo original:

https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2026.106345

Fuente: Instituto de Agricultura Urbana de la Academia China de Ciencias Agrícolas, Equipo de Innovación en Equipos de Horticultura Inteligente