Pesquisadores revelam o potencial fotossintético na face inferior das folhas: fotossíntese líquida aumentada em 32%, produtividade 2,8 vezes maior e ainda com redução de 30% no consumo de energia elétrica.

A equipe de Equipamentos de Horticultura Inteligente do Instituto de Agricultura Urbana da Academia Chinesa de Ciências Agrícolas publicou, na revista Environmental and Experimental Botany, um artigo intitulado “Iluminação abaxial das folhas: uma estratégia para aumentar a fotossíntese e o rendimento no morangueiro (Fragaria × ananassa)”. O estudo revelou o potencial fotossintético que pode ser ativado na face inferior das folhas e propôs uma nova estratégia eficiente de iluminação por LED para melhorar a eficiência de utilização da energia luminosa e os resultados produtivos das culturas em ambientes protegidos, oferecendo assim novos fundamentos teóricos e caminhos tecnológicos para a complementação da iluminação em instalações e para o controle preciso do ambiente luminoso nas fábricas de plantas com iluminação por LED.

Contexto do estudo

No setor da agricultura protegida, as fábricas de plantas baseadas em luz artificial dependem principalmente de fontes de luz artificial LED para o cultivo das culturas. Atualmente, as estratégias de iluminação mais utilizadas são projetadas exclusivamente para a face superior das folhas, ignorando o potencial fotossintético da face inferior, o que impede sua exploração e aproveitamento eficazes ao longo do tempo. Em condições de alta densidade de plantio e sombreamento da copa, as folhas inferiores e suas faces inferiores permanecem frequentemente sob baixa intensidade luminosa, problema que limita significativamente a eficiência de utilização da energia luminosa pelo dossel vegetal e constitui um gargalo crucial para o avanço adicional dos rendimentos.

Assim, explorar o potencial fotossintético da face inferior das folhas e, ao mesmo tempo, otimizar e inovar os modelos de iluminação por LED tornaram-se diretrizes centrais de pesquisa para elevar a taxa de aproveitamento da energia luminosa pelas culturas em ambientes protegidos e fortalecer a eficiência produtiva global.

Para abordar essa questão, a equipe de pesquisa, considerando as necessidades de iluminação eficiente e econômica por LED em sistemas de cultivo protegido, realizou comparações sistemáticas sobre os efeitos da iluminação na face superior e inferior das folhas — sob diferentes intensidades luminosas — sobre a fisiologia fotossintética foliar, o desenvolvimento dos estômatos e o rendimento das plantas, avaliando especialmente o potencial fotossintético do parênquima esponjoso na face inferior e sua contribuição para a produtividade fotossintética do dossel.

Figura: Efeito de diferentes direções e intensidades de iluminação sobre o desempenho fotossintético das folhas e o rendimento das plantas

Conteúdo do estudo

A equipe selecionou o morangueiro, uma fruta de baga típica, como material experimental e conduziu testes de complementação de iluminação em diferentes intensidades, tanto na face superior quanto na face inferior, em condições de iluminação subótimas. Utilizando métodos analíticos integrados, como trocas gasosas fotossintéticas, fluorescência clorofílica e medição da condutância do mesofilo, investigou amplamente o papel regulador da iluminação na face inferior sobre a capacidade fotossintética do morangueiro.

Através da observação da estrutura e morfologia dos estômatos, dos níveis de pigmentos fotossintéticos e da distribuição da biomassa, foram revelados os mecanismos fisiológicos subjacentes aos impactos de diferentes modos de iluminação no crescimento e desenvolvimento do morangueiro; ao mesmo tempo, com base na avaliação abrangente do rendimento e da qualidade dos frutos, determinou‑se a intensidade ideal de iluminação na face inferior capaz de promover efetivamente o aumento do rendimento e da qualidade do morangueiro.

Além disso, utilizando a análise de correlação de Pearson, o estudo estabeleceu um modelo de associação entre o rendimento do morangueiro e indicadores fotossintéticos e fenotípicos, quantificando e esclarecendo o mecanismo pelo qual o incremento da eficiência fotossintética proporcionado pela iluminação na face inferior contribui para a acumulação de rendimento.

Conclusões e relevância do estudo

O estudo confirmou que a aplicação de uma iluminação por LED de intensidade moderada na face inferior das folhas das plantas pode aumentar efetivamente a eficiência fotoquímica, a função de troca gasosa e a estrutura dos estômatos, reforçando assim a assimilação de carbono e promovendo o acúmulo de biomassa. Os dados mostram que, em comparação com o grupo controle sem iluminação, a taxa líquida de fotossíntese das folhas pode ser elevada em 32%, enquanto o rendimento do morangueiro cresce cerca de 2,8 vezes; além disso, os teores de açúcares solúveis e proteínas solúveis nos frutos aumentam significativamente, e o período de maturação é antecipado em 5 a 7 dias.

Em contraste, para alcançar um efeito equivalente de aumento de produção, o modo de iluminação intensa na face superior demanda maior consumo de energia, enquanto a iluminação na face inferior requer menor intensidade luminosa; a redução no consumo de fluxo de fótons chega a 30%, com maior eficiência na utilização da energia luminosa e vantagens claras em termos de poupança de energia.

Baseando‑se nas características fotossintéticas de ambos os lados das folhas, este estudo inovou o esquema de iluminação por LED em sistemas de cultivo protegido, rompendo a tradição de fornecer luz apenas à face superior das folhas. Além de abrir novos caminhos para a complementação da iluminação em ambientes protegidos e para a aplicação de iluminação por LED em fábricas de plantas, o trabalho também possui grande valor prático para melhorar a eficiência de utilização da energia luminosa, reduzir o consumo energético e aumentar o rendimento por unidade de área nos sistemas de produção de plantas com luz artificial.

O estudo contou com o apoio do Projeto de Inovação Científica e Tecnológica da Academia Chinesa de Ciências Agrícolas e do Fundo de Ciências Naturais da Província de Sichuan.

Link do artigo original:

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

Fonte: Instituto de Agricultura Urbana da Academia Chinesa de Ciências Agrícolas, Equipe de Inovação em Equipamentos de Horticultura Inteligente