Se esta viendo en aumento el número de productores de cannabis en ambiente controlado que están cambiando a las luces LED de crecimiento, que proveen una eficiencia y eficacia energética más alta, reducción de la emisión de calor, una vida útil más larga y personalización del espectro, comparado con luces convencionales, incluyendo fluorescentes y de sodio de alta presión. Foto cortesía de Wheatfield Gardens.

Investigadores de la Universidad Wageningen en Países Bajos estudiaron los efectos de diferentes espectros de luz en el desarrollo de la inflorescencia del cannabis y el impacto en la producción de cannabinoides medicinales.

A medida que más estados aprueban la producción de cannabis (Cannabis sativa L.) para aplicación médica, controlar el crecimiento de la planta será más importante para maximizar del peso de inflorescencia. Los metabolitos especializados de la planta (PSM) están localizados principalmente en las inflorescencias femeninas. Las PSM se utilizan para tratar una serie de condiciones médicas, incluyendo dolor neuropático crónico, nausea, vómitos, espasticidad por esclerosis múltiple, anorexia relacionada con el cáncer o el VIH/SIDA y síntomas del síndrome de Tourette. Asegurar la consistencia en cantidad y calidad de niveles de PSM, particularmente cannabinoides y terpenoides, es el objetivo de productores en ambiente controlado que producen para aplicaciones médicas.

Como las inflorescencias del cannabis son administradas directamente a los pacientes, es critico que concentraciones uniformes de PSM en las inflorescencias sean alcanzadas para poder proveer de resultados médicos constantes. Es por esto que la producción consistente en ambiente controlado es esencial para la producción del cultivo de cannabis medicinal.

Impacto del espectro en el crecimiento de cannabis, concentraciones de PSM

Cada vez más productores de cannabis en ambiente controlado están cambiando al uso de luces de diodos de emisión de luz (LED) para crecimiento. Los beneficios de usar LED sobre luces convencionales como las fluorescentes y las de sodio de alta presión, incluyen el incrementar la eficiencia y eficacia energética, reducir la emisión de calor, un tiempo de vida útil mayor y personalización del espectro. Las luces LED mantienen una densidad de flux fotosintético (PPFD) alta, que permite a la manipulación efectiva que influye en la producción y desarrollo de materia en seco de la planta.  

El espectro de luz afecta la producción de materia seca de las plantas y los procesos metabólicos a través de los fotorreceptores, así como a través de sus efectos sobre la tasa neta de fotosíntesis. Varios estudios con la cannabis medicinal se han conducido para determinar la influencia del espectro en las concentraciones de PSM con resultados variantes. Las discrepancias se han identificado con las concentraciones de cannabinoide basándose en la variación de PPFD y la dificultad de mantener PPFD consistente a través diferentes tratamientos con espectros en estos estudios.

Como las inflorescencias sin procesar de la cannabis son administradas directamente a pacientes, es crítico que se logre la producción de metabolitos uniformes especializados de las plantas, incluidos cannabinoides y terpenoides, en estas inflorescencias. Fotos cortesía de Wheatfield Gardens.

Estudiando los efectos de diferentes espectros

La cannabis medicinal de ambiente controlado es producida comercialmente bajo diferentes espectros y PPFD. Investigadores de la Universidad Wageningen en Países Bajos condujeron estudios con cannabis para investigar los efectos de diferentes longitudes de onda rojas (640 y 660 nm), fracción blanca y amplitud del espectro sobre la producción de materia seca vegetal y la acumulación de metabolitos especializados. Los investigadores se enfocaron en analizar la morfología de la planta y las respuestas fotosintéticas en PPFD bajo (600 μmol m^-2 s^-1 ) y alto (1,200 μmol m^-2 s^-1), para identificar interacciones  espectro-PPFD. Los estudios fueron realizados con C. sativa (variedad King Harmony) cultivada en dos ciclos de crecimientos secuenciales.

Los investigadores buscaron determinar los efectos en plantas desarrollándose en cuartos de ambiente controlado utilizando cuatro espectros: dos espectros blanco-bajo y dos espectros blanco-alto. Los espectros blanco-bajo diferían en los picos de longitud de onda roja (100 por ciento 660 nm, contra 50:50 por ciento de 640:660 nm), el espectro de blanco-alto diferían en la amplitud de espectro. Todos los cuatro espectros se aplicaron 600 y 1200 μmol m^-2 s^-1.

Un análisis profundo de la morfología de la planta y las respuestas fotosintéticas se llevo a cabo por los investigadores para explicar los mecanismos adyacentes responsables por los efectos de los tratamientos observados.

Interacción entre el espectro y el PPFD

Para la cannabis medicinal los investigadores de la Universidad Wageningen determinaron que la interacción entre el espectro y el PPFD en la producción de materia seca de la planta y el rendimiento de la inflorescencia. Encontraron que la luz blanca con doble pico rojo a 640 y 660 nm, comparado con la luz blanca con un solo pico rojo a 660 nm, incremento el rendimiento de la inflorescencia y la eficiencia del uso de luz, independientemente del PPFD. Este aumento se debió principalmente al aumento de la producción total de materia seca de la planta y a un hábito más abierto de la planta. La fracción blanca y la amplitud del espectro no tuvo efecto en el rendimiento de inflorescencia, independientemente del PPFD. No hubo efecto del tratamiento en la concentración total de cannabinoides, lo que indica un potencial de mantener calidad constante de PSM.

Para la cannabis médica, investigadores en la Universidad Wageningen determinaron que para plantas cultivadas bajo luces LED había una interacción entre el espectro y la densidad de flux fotosintético (PPFD) en la producción de materia seca en la planta y el rendimiento de inflorescencia.

El espectro o PPFD no afecto la concentración de ningún cannabinoide especifico o la concentración total de cannabinoides. La luz blanca con pico rojo doble a 640 y 660 nm comparado con la luz blanca con un pico rojo a 660 nm incremento la concentración total de terpenoides a un alto PPFD. Incrementar la fracción blanca o amplitud del espectro, independiente de PPFD, no tuvo efecto en la concentración total de terpenoides. La concentración total de terpenoides fue mayor cinco días antes de la cosecha. Inflorescencias blanqueadas se encontraron solo en la pinta a inflorescencias apicales en la luz blanca con doble pico rojo a 640 y 660 nm a 1,200 µmol m^-2 s^-1. Inflorescencias blanqueadas exhibieron un incremento de concentración total de cannabinoides comparado con las inflorescencias verdes, , atribuido principalmente al cannabidiol (CBD), ya que el tetrahidrocannabinol (THC) no se vio afectado. El tipo de inflorescencia no tuvo influencia en la concentración total de terpenoides.

Los investigadores hipotetizaron que el espectro blanco de luz bajo a PPFD más alto podría sobre estimular el fotosistema, llevando potencialmente a inflorescencias blanqueadas. El mecanismo que causa esta condición no se ha determinado y requiere más estudio.

A un PPFD más alto, la luz blanca con doble pico rojo a 640 y 660 nm comparado con la luz blanca con un pico rojo a 660 nm, incremento la concentración de terpenoides. A bajos PPFD, los parámetros fotosintéticos como la tasa fotosintética máxima y el rendimiento cuántico aumentaron cuando se cultivaron bajo luz blanca con un pico rojo dual 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 un PPFD más alto. La adición de 640 nm con 660 nm muestra potencial para mejorar la eficiencia de uso de luz y promover la producción de materia seca de la planta.

Nota del editor: Este articulo esta basado en el articulo de investigación Plant Science de Frontiers. El rol de la luz roja y blanca en optimizar el crecimiento y acumulación de metabolitos especializados de la planta a dos intensidades en la cannabis medicinal (Cannabis sativa L.).