Wpływ różnych typów światła LED na wzrost, masę oraz zawartość składników odżywczych mikroliści

 

Dzięki pracy badawczej Lucii Jasenovskiej zyskaliśmy cenną wiedzę na temat wpływu różnych spektrów światła na wybrane gatunki mikroliści. W tym artykule podzielimy się najciekawszymi wnioskami. Jesteśmy wdzięczni Lucii za wykorzystanie naszych nasion w eksperymencie oraz za jej istotny wkład w rozwój sektora ogrodnictwa i mikroliści.

Dziękujemy, Lucio!

 

W tym artykule omówimy: 

1. Jak światło wpływa na uprawę mikroliści?
2. Dlaczego stosujemy lampy LED w uprawie mikroliści?
3. W jaki sposób przeprowadzono eksperyment?
4. Tabela z ogólnymi wynikami
5. Jak białe, niebieskie i czerwone światła wpływają na świeżą masę mikroliści?
6. Jak białe, niebieskie i czerwone światła oddziałują na zawartość flawonoidów i antocyjanów w mikroliściach?
7. Jak kolory lamp LED wpływają na intensywność barw mikroliści, zawartość chlorofilu i karotenoidów?
8. Wnioski

 

---

 

 1. Jak światło wpływa na uprawę mikroliści?

Powszechnie wiadomo, że światło odgrywa ważną rolę we wzroście roślin, również mikroliści. Różne rodzaje światła i czas oświetlania mogą wpływać na:

• Tempo wzrostu: Rośliny mogą rosnąć szybciej lub wolniej w zależności od rodzaju światła.
• Zawartość składników odżywczych: Światło może wpływać na ilość witamin i innych składników odżywczych w roślinach.
• Metabolizm: Procesy metaboliczne roślin są zależne od światła.
• Wygląd: Światło wpływa na wysokość, masę oraz kolor roślin.

Jest to szczególnie istotne dzisiaj, gdy wiele osób uprawia rośliny w pomieszczeniach, korzystając z lamp LED — czy to w domu, na farmach miejskich, czy w systemach hydroponicznych. Zrozumienie, w jaki sposób światło wpływa na mikroliście, ma dla hodowców mikroliści fundamentalne znaczenie.

2. Dlaczego używamy lamp LED w uprawie mikroliści?

Mikroliście są zazwyczaj uprawiane w kontrolowanych warunkach, gdzie sztuczne oświetlenie odgrywa kluczową rolę. Diody LED są powszechnie wykorzystywane w uprawach indoor z kilku powodów:

• Dostępność i koszt: Diody LED są łatwo dostępne i przystępne cenowo.
• Łatwość obsługi i optymalizacji: Są proste w obsłudze i można je dostosować do różnych wymagań uprawy.
• Energooszczędność: Diody LED cechują się wysoką efektywnością energetyczną.
• Przeciwdziałanie problemom związanym z glebą i klimatem: diody pomagają łagodzić problem braku ziemi oraz skutki zmian klimatycznych poprzez zmniejszenie śladu węglowego, zapewnienie całorocznej dostępności żywności i zwiększenie wydajności produkcji.
• Udoskonalona uprawa i jakość: Diody LED pozwalają udoskonalić proces uprawy i poprawić jakość mikroliści.

Zdjęcie z dokumentacji eksperymentu⬇️ 

3. W jaki sposób przeprowadzono eksperyment? 

Odpowiednio dobrane diody LED mogą znacząco poprawić jakość i wydajność upraw mikroliści.

Chociaż niektóre efekty działania różnych widm światła są już znane, nadal niewiele wiadomo o tym, jak poszczególne gatunki i odmiany na nie reagują. 

Celem badania było sprawdzenie, jak czerwone, niebieskie i białe światło LED wpływa na rozwój mikroliści oraz ich skład barwników, w tym zawartość antocyjanów i flawonoidów, ocenianą metodami nieinwazyjnymi. 

 

Fot. 1 z dokumentacji eksperymentu⬇️

 

 

3.1 Warunki:

• Badanie przeprowadzono w okresie od lutego do czerwca 2023 roku 
• w IPES SUA w Nitrze (Słowacja), 
• w kontrolowanych i monitorowanych warunkach: 
• temperatura wynosiła 20°C w nocy i 23°C w dzień, 
• przy wilgotności na poziomie 60-80%.
• Nasiona tej samej odmiany zostały podzielone na partie i poddane działaniu różnych typów światła. 
• W eksperymencie wykorzystano nasiona firmy MP SEEDS. 
• Zastosowano trzy typy oświetlenia: polichromatyczne diody LED o ciepłej białej barwie, monochromatyczne czerwone diody LED (z maksimum przy 660 nm), monochromatyczne niebieskie diody LED (z maksimum przy 470 nm)
• Natężenie światła we wszystkich trzech komorach oświetleniowych zostało ustawione tak, aby miały zbliżoną wartość energetyczną (~60 W/m²), co odpowiada: ok. 160 μmol fotonów · m⁻² dla światła niebieskiego, ok. 175 μmol fotonów · m⁻² dla światła białego, do ok. 200 μmol fotonów · m⁻² dla światła czerwonego. 
• Harmonogram oświetlenia: 14 godzin światła / 10 godzin ciemności (dzień/noc).

Fot. 2 z dokumentacji eksperymentu

3.2. Jakie odmiany mikroliści zostały uwzględnione w eksperymencie?

• Amarantus 
• Kapusta 
• Kalarepa 
• Rukola 
• Sałata 
• Rzeżucha 
• Rzodkiewka Red Rambo
• Rzodkiewka różowa
• Musztardowiec 
• Szpinak 
• Kozieradka 
• Pak Choi 
• Mizuna 
• Komatsuna 
• Jarmuż 
• Brokuł 
• Burak czerwony 
• Burak żółty
• Bazylia włoska
• Bazylia czerwona Red Opal
• Cebula

3.3 Jakie parametry mikroliści były badane w trakcie eksperymentu?

• Świeża i sucha masa:

Pod koniec każdego cyklu wzrostu pobierano próbki pojedynczych roślin i natychmiast mierzono ich świeżą masę.

Następnie próbki umieszczano w papierowych woreczkach i suszono w piecu w temperaturze 75°C przez 2 dni, aż masa przestała się zmieniać. Po tym czasie mierzono ich wagę suchą.

• Oznaczanie pigmentów:

Z każdej doniczki z mikroliśćmi pobierano próbki, które następnie ważono, pakowano do woreczków, zamrażano i przechowywano w w temperaturze -81°C. Następnie próbki poddawano ekstrakcji i dokładnie mieszano.

Powstałą mieszaninę rozcieńczano 80% acetonem, przekładano do probówek o stożkowym dnie i poddawano wirowaniu. Za pomocą spektrofotometru określono zawartość chlorofilu i karotenoidów w roślinach. 

• Parametry mierzone multispektralnym fluorometrem:

Fluorometr mierzy błyski fluorescencji chlorofilu, flawonoidów i antocyjanów bez dotykania roślin — z góry. Wyliczono trzy wskaźniki fluorescencji (FER), które pokazują, jak roślina reaguje na różne rodzaje światła: 

Oto uproszczone wyjaśnienie terminów fachowych z zakresu rolnictwa — przyda się później.

• FERR/UV: Jest to wynik podzielenia czerwonej fluorescencji (FR) przez fluorescencję UV (FUV). FR to intensywność fluorescencji po naświetleniu światłem czerwonym, a FUV to intensywność fluorescencji po naświetleniu światłem ultrafioletowym. Ten stosunek pozwala oszacować zawartość flawonoidów.
• FERR/G: Jest to wynik podzielenia czerwonej fluorescencji (FR) przez fluorescencję UV (FG). FR to intensywność fluorescencji po naświetleniu światłem czerwonym, a FG to intensywność fluorescencji po naświetleniu światłem zielonym. Ten stosunek pozwala oszacować zawartość antocyjanów.
• Stosunek fluorescencji SFR: Wartość ta jest obliczana jako F735 podzielone przez F685. F735 to intensywność fluorescencji po naświetleniu niebieskim światłem w zakresie dalekiej czerwieni, a F685 to intensywność fluorescencji po niebieskim świetle w zakresie czerwonym. Ten stosunek pozwala oszacować stężenie chlorofilu na powierzchni liści.

4. Wykresy z uśrednionymi wynikami eksperymentu

Na wykresach każdy punkt (x) oznacza wartość średnią, linia przedstawia medianę, a granice ramki odpowiadają kwartylom. Punkty obrazują ogólny rozkład uzyskanych wyników.

W kolejnych rozdziałach przejdziemy do subiektywnych wniosków oraz przykładów, które są dla nas – hodowców mikroliści – szczególnie istotne i mogą zostać zastosowane w praktyce, np. na farmach mikroliści.  

Jak kolory lamp LED wpływają na mikroliście – tabela z wynikami Źródło: badania Lucii Jasenovej. ⬇️

Wpływ różnych widm światła na wybrane parametry we wszystkich badanych gatunkach i genotypach: 

(A) Świeża masa (FW) pojedynczych roślin 

(B) Całkowita zawartość chlorofilu w liściach 

(C) Całkowita zawartość karotenoidów w liściach 

(D) Wskaźnik fluorescencji R/UV (FERR/UV) związany z zawartością flawonoidów 

(E) Wskaźnik fluorescencji R/G (FERR/G) związany z zawartością antocyjanów 

(F) Stosunek fluorescencji (SFR)

 

5. Jak białe, niebieskie i czerwone światła wpływają na świeżą masę mikroliści?

 

 

Wskaźnik świeżej masy ma duże znaczenie w uprawie mikroliści, ponieważ wpływa na wielkość plonu, cenę oraz sprzedaż.

Analiza wykresów pokazuje, że mikroliście rosnące pod światłem białym osiągają największą masę, następnie pod czerwonym, a najmniejszą pod niebieskim światłem.

Szczegółowe przykłady z eksperymentu:

• Mikroliście amarantusa uprawiane pod niebieskim światłem ważyły prawie 5 razy mniej niż te uprawiane pod światłem białym (Niebieskie światło: 0.510 g, Czerwone: 1.450 g, Białe: 2.440 g).

• Mikroliście rzodkiewki Red Rambo uprawiane pod białym światłem ważą ponad dwa razy więcej niż te uprawiane pod niebieskim światłem (białe światło: 5.330 g, Niebieskie: 2.430 g).

• Rzeżucha rozwija się najlepiej pod światłem białym, a najsłabiej pod niebieskim. Światło czerwone również sprzyja wzrostowi, jednak efekty nie są tak wyraźne (białe: ... 3.0 g, Niebieskie: 0.660, Czerwone:1.830 g).

• Mikroliście Pak Choi uprawiane pod czerwonym i białym światłem LED mają prawie taką samą wagę, natomiast pod niebieskim światłem rosną mniej (białe: 2.0 g, Niebieskie: 1.300 g, Czerwone: 1.990 g).

Podsumowując:

• białe światło LED zazwyczaj powoduje, że mikroliście mają największą masę, co czyni je najlepszym wyborem dla maksymalizacji plonu i zysków.
• Niebieskie światło LED z kolei sprzyja uzyskaniu mikroliści o wyższej jakości pod względem wartości odżywczych, choć jednocześnie hamuje tempo wzrostu. 
• Dane te są istotne przy dostosowywaniu warunków uprawy, aby osiągnąć optymalny plon i atrakcyjną cenę na rynku.

6. Jak białe, niebieskie i czerwone LED światła oddziałują na zawartość flawonoidów i antocyjanów w mikroliściach?

Flawonoidy i antocyjany to naturalne związki występujące w roślinach, w tym w mikroliściach, które mają korzystny wpływ na zdrowie. Ich stężenie może stanowić ważną przewagę konkurencyjną dziś, a tym bardziej w przyszłości, szczególnie w miarę jak rynek mikroliści staje się coraz bardziej nasycony.  Na ich zawartość może mieć wpływ barwa światła LED, pod którym mikroliście są hodowane. 

 

6.1 Czym są flawonoidy i antocyjany oraz dlaczego są ważne dla zdrowia człowieka i hodowców mikroliści?

 

Flawonoidy:

• To rodzaj antyoksydantów, które występują przede wszystkim w owocach, warzywach i ziołach.
• Pomagają chronić rośliny przed stresem środowiskowym i są korzystne dla zdrowia człowieka.
• Flawonoidy mają właściwości przeciwzapalne i antyoksydacyjne, które mogą pomagać w zmniejszeniu ryzyka chorób przewlekłych, takich jak choroby serca, nowotwory oraz schorzenia neurodegeneracyjne.
• Mogą także wspierać funkcjonowanie układu odpornościowego i poprawiać ogólny stan zdrowia.

Antocyjany:

• to podgrupa flawonoidów odpowiedzialna za czerwone, fioletowe i niebieskie zabarwienie wielu owoców i warzyw.
• Pełnią rolę silnych antyoksydantów, które chronią komórki przed uszkodzeniami spowodowanymi przez wolne rodniki.
• Antocyjany wykazują korzystny wpływ na układ krążenia, wspomagają funkcje poznawcze oraz działają przeciwzapalnie.
• Mogą również przyczyniać się do poprawy zdrowia oczu oraz pomagać w regulacji poziomu cukru we krwi.

W przypadku mikroliści związki te stanowią skoncentrowane formy składników odżywczych ze względu na ich młody i delikatny charakter. Gdy mikroliście są zbierane na wczesnym etapie, mają zwykle wyższą zawartość flawonoidów i antocyjanów niż rośliny dojrzałe. To właśnie sprawia, że są tak zdrowe. 

Stężenie tych substancji jest kluczowe dla miejskich upraw, zwłaszcza przy promowaniu zdrowego stylu życia i przekazywaniu informacji naszym klientom, którzy są tym bardzo zainteresowani.

 

6.2. Jak kolory lamp LED wpływają na stężenie flawonoidów w mikroliściach? Przykłady.

Wykazano, że zawartość antocyjanów i flawonoidów w mikroliściach jest znacząco zależna od rodzaju oraz koloru światła. Wcześniejsze badania pokazały, że podświetlanie niebieskim światłem LED zwiększa ilość związków fenolowych w kapuście chińskiej i kiełkach gryki.

Największy pozytywny wpływ na zawartość flawonoidów wykazuje właśnie niebieskie światło.

A jak wyglądają efekty uprawy pod innymi kolorami światła? Najwyższe stężenie flawonoidów obserwuje się w roślinach uprawianych pod niebieskim światłem, następnie pod białym, a najniższe pod czerwonym. 

Szczegółowe przykłady z eksperymentu:

• Mizuna: Najwyższe stężenie flawonoidów pod niebieskim światłem (1,370 g) w porównaniu do czerwonego (1,590 g) i białego (1,580 g) światła.
• Jarmuż: Stężenie flawonoidów pod czerwonym światłem (1,070 g), niebieskim światłem (0,990 g) oraz białym światłem (1,090 g).
• Amarantus: Stężenie flawonoidów pod czerwonym światłem (1,080 g), niebieskim światłem (0,960 g) oraz białym światłem (1,020 g).
• Burak czerwony: Stężenie flawonoidów pod czerwonym światłem (1,240 g), niebieskim światłem (1,060 g) oraz białym światłem (1,220 g).
• Mikroliście czerwonej kapusty zawierają najwięcej flawonoidów, gdy są uprawiane pod białym światłem. (Niebieskie światło: 1 370 g, Czerwone: 1 140 g, Białe: 1 230 g).

Różnice między gatunkami zaobserwowane podczas eksperymentu:

• U większości mikroliści odnotowano wyższy poziom flawonoidów przy uprawie pod niebieskim światłem w porównaniu do światła czerwonego i białego.
• W przypadku niektórych gatunków, takich jak sałata, jarmuż i buraki, światło białe z domieszką niebieskiego okazało się wystarczające, by osiągnąć poziom flawonoidów porównywalny do tego uzyskiwanego pod światłem niebieskim.

Wnioskując, niebieskie światło zazwyczaj skuteczniej stymuluje produkcję flawonoidów w mikroliściach niż światło czerwone czy białe, choć reakcja może różnić się w zależności od gatunku.

Naszym zdaniem różnice między światłem białym a niebieskim nie są aż tak znaczące, dlatego najlepszym kompromisem będzie zastosowanie lamp LED o białym świetle z domieszką niebieskiego lub standardowych białych lamp, które dodatkowo wspomagają wzrost masy roślin. 

 

6.3. Jak kolory lamp LED wpływają na stężenie antocyjanów w mikroliściach? Przykłady.

Jakość światła wpływa na zawartość antocyjanów w sposób podobny jak na flawonoidy, choć występują pewne unikalne reakcje. Niebieskie światło zazwyczaj zwiększa poziom antocyjanów w mikroliściach o zielonych liściach (wzrost ten jest powiązany z obecnością receptorów światła niebieskiego w roślinach).

Z kolei gatunki o czerwonym zabarwieniu liści wykazują bardziej zróżnicowaną reakcję na różne widma światła niż te zielonolistne.

Szczegółowe przykłady z eksperymentu:

• Amarantus (o czerwonych liściach): Stężenie antocyjanów w amarantusie różni się w zależności od warunków świetlnych – pod światłem czerwonym wynosi 1,950 g, pod niebieskim 2,480 g, a pod białym 1,240 g.
• Inne gatunki o czerwonych liściach: Minimalny wpływ widma światła na zawartość antocyjanów.
• Gatunki o zielonych liściach: Generalnie niebieskie światło zwiększa zawartość antocyjanów, z wyjątkiem takich roślin jak musztardowiec, gdzie nie obserwuje się takiego wzrostu.
• Rzodkiewka, cebula i brokuł: Nie wykazują istotnej zmiany zawartości antocyjanów pod wpływem różnych widm światła.
• Gatunki o czerwonych liściach, takie jak mizuna i czerwona bazylia, nie wykazały oczekiwanego wzrostu antocyjanów pod niebieskim światłem, co jest nietypowe i wymaga dalszych badań.

Podsumowując, niebieskie światło zazwyczaj zwiększa zawartość antocyjanów w mikroliściach o zielonych liściach, jednak reakcja gatunków o czerwonych liściach jest zróżnicowana i wymaga dalszych badań.

 

7. Jak kolory lamp LED wpływają na intensywność barw mikroliści, zawartość chlorofilu i karotenoidów?

7.1 Zawartość chlorofilu w mikroliściach po zastosowaniu różnych kolorów światła LED

Kolor światła LED znacząco wpływa na stężenie chlorofilu i karotenoidów w mikroliściach. Światło niebieskie i białe zwykle zwiększa poziom chlorofilu oraz karotenoidów w porównaniu do światła czerwonego. Niebieskie światło jest szczególnie skuteczne w pobudzaniu genów związanych z syntezą chlorofilu, natomiast czerwone światło, stosowane w wysokich natężeniach, może obniżać stężenie prekursorów chlorofilu. 

 

 

Szczegółowe przykłady z eksperymentu:

• Mikroliście mizuny miały zbliżony poziom chlorofilu pod światłem niebieskim (0,800 g) oraz białym (0,800 g), który był nieco wyższy niż pod czerwonym światłem (0,780 g).
• Jarmuż osiągnął najwyższe stężenie chlorofilu przy świetle czerwonym (0,590 g), a niższe wartości pod niebieskim (0,430 g) i białym (0,570 g).
• Amarantus osiągnął najwyższe stężenie chlorofilu przy świetle białym (1,810 g), a niższe wartości pod światłem niebieskim (1,150 g) i czerwonym (1,340 g).
• Mikroliście czerwonych buraków wykazały zbliżone stężenia chlorofilu pod wszystkimi rodzajami światła, nieco wyższe pod białym światłem (0,138 g) w porównaniu do niebieskiego (0,111 g) i czerwonego (0,134 g).
• Mikroliście czerwonej kapusty zawierają mniej więcej taką samą ilość chlorofilu, gdy są uprawiane pod niebieskim i białym światłem. (Niebieskie światło: 0 800 g, Czerwone: 0 610 g, Białe: 0 850 g).

Zdjęcie porównujące wzrost tych samych odmian pod różnym światłem (Czerwona kapusta)⬇️

 

 

7.2. Zawartość karotenoidów w mikroliściach po zastosowaniu różnych kolorów światła LED

Zawartość karotenoidów wykazuje podobne tendencje jak chlorofil. Niebieskie światło korzystnie wpływa na poziom karotenoidów w mikroliściach, co można zaobserwować na przykładzie sałaty, u której obserwuje się zwiększoną akumulację tych związków pod wpływem niebieskiego światła.

Jednak efekt ten może różnić się w zależności od gatunku rośliny.

Na przykład szpinak nie wykazał takiego samego wzrostu zawartości karotenoidów pod wpływem niebieskiego światła. Dodatkowo, ponieważ rośliny rosną szybciej pod światłem białym i czerwonym niż pod niebieskim, ilość biomasy może wzrastać szybciej niż produkcja barwników. W efekcie stężenie tych barwników w przeliczeniu na jednostkę masy może się zmniejszać.

Dlatego wybór koloru światła LED ma kluczowe znaczenie dla zawartości chlorofilu i karotenoidów w mikroliściach, przy czym niebieskie światło zazwyczaj daje najlepsze efekty.

 

Zdjęcie porównujące wzrost tych samych odmian pod różnym światłem (Amarantus i Musztardowiec czerwony)⬇️

 

8. Wnioski w punktach:

1. Badania jednoznacznie wykazały, że spektrum światła ma istotny wpływ na wzrost oraz zawartość barwników w mikroliściach. 
2. W eksperymentach przeprowadzonych na 21 genotypach przy użyciu czerwonego, niebieskiego oraz białego światła LED, światło białe zazwyczaj prowadziło do uzyskania większej świeżej masy niż światła monochromatyczne, zwłaszcza niebieskie.
3. Ogólnie rzecz biorąc, białe diody LED wspierały najlepszy wzrost i miały pozytywny wpływ na większość parametrów w różnych gatunkach. Wyniki te podkreślają zalety stosowania szerokopasmowego światła białego w porównaniu do światła monochromatycznego. 
4. Jednak niektóre gatunki wykazały większe upodobanie do światła niebieskiego (np. genotypy bazylii, mizuna i jarmuż) lub czerwonego (np. musztardowiec i pak choi).
5. Badanie potwierdziło, że odpowiednie dobranie spektrum światła może zwiększyć zarówno ilość, jak i jakość mikroliści, zwłaszcza pod kątem zawartości flawonoidów i  Reakcje te są jednak specyficzne dla poszczególnych genotypów, co oznacza, że optymalne warunki świetlne powinny być dostosowane do konkretnego gatunku.
6. Większość gatunków korzystała ze światła niebieskiego i białego, jeśli chodzi o stężenie chlorofilu i karotenoidów, w porównaniu do światła czerwonego.
7. Światło niebieskie było szczególnie skuteczne w zwiększaniu poziomu flawonoidów i antocyjanów, choć czasami hamowało wzrost roślin.
8. Podsumowując, wielospektralne białe diody LED pozytywnie wpływały na większość cech ilościowych i jakościowych mikroliści, natomiast niebieskie światło poprawiało ich jakość, choć czasami ograniczało tempo wzrostu. 
9. Te wyniki pokazują, jak ważne jest odpowiednie dobranie warunków świetlnych, aby zwiększyć wydajność i wartość odżywczą mikroliści.

Chcesz otrzymać link do oryginalnego artykułu? Daj nam znać!