Un número cada vez mayor de productores de cannabis en ambientes controlados está migrando al uso de luces LED para cultivo, las cuales ofrecen una mayor eficiencia y eficacia energética, menor emisión de calor, una vida útil más prolongada y la posibilidad de personalizar el espectro, en comparación con las luces convencionales, incluidas las fluorescentes y las de sodio de alta presión. Fotografía cortesía de Wheatfield Gardens
Investigadores de la Universidad de Wageningen, en los Países Bajos, estudiaron los efectos de diferentes espectros de luz sobre el desarrollo de las inflorescencias de cannabis y su impacto en la producción de cannabinoides medicinales.
A medida que más estados aprueban la producción de cannabis (Cannabis sativa L.) para aplicaciones medicinales, el control del crecimiento de las plantas será cada vez más importante para maximizar el peso de las inflorescencias. Los metabolitos secundarios de las plantas (PSM, por sus siglas en inglés) se encuentran principalmente en las inflorescencias femeninas del cannabis. Los PSM se utilizan para tratar una variedad de afecciones médicas, entre ellas el dolor neuropático crónico, las náuseas, los vómitos, la espasticidad asociada con la esclerosis múltiple, la anorexia relacionada con el cáncer o el VIH/SIDA y los síntomas del síndrome de Tourette.
Garantizar cantidades y niveles de calidad constantes de los PSM, particularmente de los cannabinoides y terpenoides, es uno de los principales objetivos de los productores en ambientes controlados que cultivan cannabis para aplicaciones medicinales.
Debido a que las inflorescencias de cannabis sin procesar se administran directamente a los pacientes, es fundamental lograr concentraciones uniformes de PSM en las inflorescencias para proporcionar resultados médicos constantes. Por esta razón, una producción consistente en ambientes controlados es esencial para la producción de cultivos de cannabis medicinal.
Impacto del espectro en el crecimiento del cannabis y las concentraciones de PSM
Cada vez más productores de cannabis en ambientes controlados están migrando al uso de luces de diodos emisores de luz (LED) para cultivo. Entre las ventajas de los LED frente a las luces convencionales, como las fluorescentes y las de sodio de alta presión, se encuentran una mayor eficiencia y eficacia energética, una menor emisión de calor, una vida útil más prolongada y la posibilidad de personalizar el espectro.
Los LED mantienen densidades de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD) elevadas, lo que permite una manipulación eficaz de la luz para influir en la producción de materia seca y el desarrollo de las plantas.
El espectro de luz afecta la producción de materia seca y los procesos metabólicos de las plantas mediante los fotorreceptores, así como a través de sus efectos sobre la tasa neta de fotosíntesis. Se han realizado diversos estudios con cannabis medicinal para determinar la influencia del espectro sobre las concentraciones de PSM, pero los resultados han sido variables.
Se han identificado discrepancias en las concentraciones de cannabinoides asociadas con el uso de diferentes niveles de PPFD, así como con la dificultad de mantener un PPFD constante entre los distintos tratamientos espectrales utilizados en estos estudios
Estudio de los efectos de diferentes espectros
El cannabis medicinal cultivado en ambientes controlados se produce comercialmente bajo diferentes espectros de luz y niveles de PPFD. Investigadores de la Universidad de Wageningen, en los Países Bajos, realizaron estudios con cannabis para investigar los efectos de diferentes longitudes de onda rojas (640 y 660 nm), la proporción de luz blanca y la amplitud del espectro sobre la producción de materia seca de las plantas y la acumulación de metabolitos secundarios especializados.
Los investigadores se enfocaron en analizar la morfología de las plantas y las respuestas fotosintéticas bajo niveles de PPFD bajos (600 μmol m⁻² s⁻¹) y altos (1,200 μmol m⁻² s⁻¹), con el objetivo de identificar interacciones entre el espectro y el PPFD. Los estudios se realizaron con C. sativa (var. King Harmony), cultivada durante dos ciclos de crecimiento consecutivos.
Los investigadores buscaban determinar el efecto de cultivar las plantas en cámaras de ambiente controlado utilizando cuatro espectros: dos con una baja proporción de luz blanca y dos con una alta proporción de luz blanca.
Los espectros con baja proporción de luz blanca se diferenciaron por los picos de longitud de onda roja: uno utilizó 100 % de 660 nm, mientras que el otro utilizó una proporción de 50:50 % de 640 y 660 nm. Los espectros con alta proporción de luz blanca se diferenciaron en la amplitud de su espectro. Los cuatro espectros se aplicaron a niveles de 600 y 1,200 μmol m⁻² s⁻¹ de PPFD.
Los investigadores realizaron un análisis detallado de la morfología de las plantas y de las respuestas fotosintéticas para explicar los mecanismos subyacentes responsables de los efectos observados en los diferentes tratamientos.
Interacción entre el espectro y el PPFD
En el caso del cannabis medicinal, los investigadores de la Universidad de Wageningen determinaron que existe una interacción entre el espectro y el PPFD sobre la producción de materia seca de las plantas y el rendimiento de las inflorescencias.
Encontraron que la luz blanca con un doble pico en las longitudes de onda rojas de 640 y 660 nm, en comparación con la luz blanca con un único pico rojo a 660 nm, incrementó el rendimiento de las inflorescencias y la eficiencia en el uso de la luz, independientemente del nivel de PPFD.
Este incremento se debió principalmente a una mayor producción total de materia seca de la planta y a una arquitectura vegetal más abierta.
La proporción de luz blanca y la amplitud del espectro no tuvieron efecto sobre el rendimiento de las inflorescencias, independientemente del nivel de PPFD.
No se observó ningún efecto de los tratamientos sobre las concentraciones totales de cannabinoides, lo que indica un potencial para mantener una calidad constante de los metabolitos secundarios especializados (PSM).
Las inflorescencias blanqueadas presentaron concentraciones totales de cannabinoides más elevadas en comparación con las inflorescencias verdes. Este incremento se atribuyó principalmente al cannabidiol (CBD), ya que el tetrahidrocannabinol (THC) no se vio afectado.
El tipo de inflorescencia no influyó en las concentraciones totales de terpenoides.
Los investigadores plantearon la hipótesis de que los espectros con una baja proporción de luz blanca, bajo niveles altos de PPFD, podrían sobreestimular los fotosistemas y potencialmente provocar el blanqueamiento de las inflorescencias. El mecanismo que causa esta condición aún no ha sido determinado y requiere de estudios adicionales.
A niveles más altos de PPFD, la luz blanca con un doble pico rojo de 640 y 660 nm, en comparación con la luz blanca con un único pico rojo a 660 nm, incrementó las concentraciones de terpenoides.
A niveles bajos de PPFD, parámetros fotosintéticos como la tasa máxima de fotosíntesis y el rendimiento cuántico aumentaron cuando las plantas fueron cultivadas bajo luz blanca con un doble pico rojo de 640 y 660 nm, en comparación con la luz blanca con un único pico rojo a 660 nm.
El espectro no tuvo efecto a niveles más altos de PPFD.
La incorporación de 640 nm junto con 660 nm muestra potencial para mejorar la eficiencia en el uso de la luz y favorecer la producción de materia seca de las plantas.
Nota del editor: Este artículo se basa en el artículo de investigación publicado en Frontiers in Plant Science, titulado The role of red and white light in optimizing growth and accumulation of plant specialized metabolites at two light intensities in medical cannabis (Cannabis sativa L.)