Efectos de distintas condiciones de luz sobre el desarrollo de zanahoria (Daucus carota)

Abstract

La luz afecta el desarrollo y la síntesis de carotenoides en plantas. En la literatura, se ha demostrado que variar las condiciones de luz posee un efecto sobre el crecimiento de algunas especies vegetales y sobre la acumulación de carotenoides. Para ello, se ha implementado el uso de luces LED (Light-Emitting Diode) debido a las ventajas que estas implican en cuanto al control de dos componentes: la calidad y la intensidad de la luz. La primera corresponde a las longitudes de onda (medida en nm) que componen el espectro, mientras que intensidad indica la cantidad de luz (medida como la densidad de flujo de fotones, μmol m-2s-1). Una de las principales fuentes de carotenoides para el consumo humano corresponde a la zanahoria (Daucus carota), en la cual se ha observado que diferentes condiciones de iluminación LED, generan diferencias en la elongación del tallo y raíz. Bajo este antecedente, se propone evaluar el efecto de dos luces LED distintas sobre el desarrollo fenotípico de la raíz de reserva, la acumulación de carotenoides y los niveles de expresión relativa de genes clave involucrados en la síntesis de carotenoides. Para ello, cultivamos zanahorias bajo tres condiciones de luz diferentes: la condición control; luz fluorescente, F que presenta una intensidad de 54.5 μmol m-2s-1y 5.65 de proporción luz roja/luz roja lejana (R/RL), LED1 (86.6 μmol m-2s-1 y 5.04 R/RL) y LED2 (165,2 μmol m-2s-1 y 3,92 R/RL). Al determinar los efectos de las luces LED sobre la raíz de zanahoria, se observó que a las 8 semanas post-germinación, las luces LED1 y LED2 promueven el desarrollo secundario de la raíz de reserva de zanahoria e inducen la expresión de genes clave en la ruta de biosíntesis de carotenoides (DcPSY1 y DcPSY2) respecto al control. Sin embargo, no se hallaron diferencias en el contenido de carotenoides en las raíces. Además de estudiar los efectos de la luz en la raíz, se propuso determinar el contenido de pigmento en las hojas. Se observó que el nivel de clorofila fue menor en las hojas de plantas crecidas en LED2, las que también acumularon antocianinas, lo cual no es característico de hojas de zanahoria y podría sugerir un nivel de estrés en la planta. Por lo tanto, se concluye que las condiciones lumínicas suministradas por LED1 son las mejores para el crecimiento de zanahoria, ya que induce tempranamente el desarrollo secundario de la raíz de zanahoria, mantiene un contenido óptimo de carotenoides en la raíz y las hojas de las plantas que crecen bajo esta condición presentan niveles de pigmentos acorde a las características fenotípicas de D. carota. Estos resultados nos permiten proponer que D. carota, una especie de importancia nutricional, puede ser cultivada en sistemas de agricultura vertical bajo condiciones de iluminación LED1, donde se podrían producir raíces maduras antes de 3 meses.

Light affects the growth and development of plant organisms. In the literature, it has been shown that varying light conditions has an effect on the growth of some plant species and on the accumulation of carotenoids. For that, the use of LED (Light-Emitting Diode) lights has been implemented due to the advantages they offer in term of controlling two light components: quality and intensity. The former refers to the wavelengths (measure as nm) that compose the spectrum, while the latter refers to the quantity of light (measure as photon flux density, PFD). One of the main sources of carotenoids for human diet is carrot (Daucus carota), which stem and root elongation is affected under certain LED lighting conditions. Therefore, in this work it is proposed to evaluate the effect of two different LED lights on the phenotypic development of the reserve root, the accumulation of carotenoids and the relative expression levels of key genes involved in the synthesis of carotenoids. For this purpose, we grew carrots under three different light conditions: the control condition that corresponds to fluorescent light (F) that presents an intensity of 54.5 μmol m-2s-1 and a 5.65 red/far red ratio (R/FR), LED1 (86.6 μmol m-2s-1 and 5.04 R/FR) and LED2 (165.2 μmol m-2s-1 and 3.92 R/FR). In assessing the effects of lights on carrot root, it was observed that at 8 weeks post-germination, LED1 and LED2 promote carrot storage root development and induce gene expression of key genes in the carotenoid biosynthesis pathway (DcPSY1 and DcPSY2). However, no differences were observed in the content of carotenoids in the roots compared to the control. In addition to studying the effects of light on the root, it was proposed to determine the pigment content in the leaves, the level of chlorophyll was lower in the leaves of plants grown in LED2, which also accumulated anthocyanins, which is not characteristic of carrot leaves and could suggest a level of stress in the plant. Therefore, we concluded that LED1 is the best condition for carrot growth, since it induces the secondary development of carrot root, maintains an optimal content of carotenoids in the root and the leaves of the plants grown under this condition present pigment levels according to the phenotypic characteristics of D. carota. These results let us to propose that D. carota, a species of nutritional importance, can be grown in vertical agriculture under LED1 lighting conditions, where mature roots could be produced before 3 months.