Pescia (PT), Maggio 2017

Transcript

1 ISTITUTO PER LA VALORIZZAZIONE DEL LEGNO E DELLE SPECIE ARBOREE (IVALSA) Sede di Catania Effetti della qualità della luce indotta da lampade a LED sull accrescimento e la moltiplicazione in vitro di specie ornamentali diverse per l ambiente Mediterraneo Valeria Cavallaro, Giovanni Avola, Giancarlo Fascella, Alessandra Pellegrino, Salvatore La Rosa, Isabella Di Silvestro, Anita Ierna Pescia (PT), Maggio 2017

2 IMPORTANZA DELLA LUCE La luce costituisce uno dei segnali ambientali più importanti per le piante. Oltre a fornire l'energia necessaria per condurre la fotosintesi, si comporta, come segnale morfogenetico. La luce viene percepita da diversi tipi di fotorecettori specializzati nella trasduzione dell'informazione: i fitocromi, i criptocromi e le fototropine, che assorbono a lunghezze d onda specifiche. Nel complesso, i fitocromi regolano l espressione del 10-30% dell intero genoma della pianta

3 Le piante necessitano, per il mantenimento ottimale del processo di fotosintesi, di lunghezze d onda nell intervallo del visibile ( nm), con picchi di assorbimento nel bluvioletto ( nm) e nel rosso-arancio ( nm). Pr e Pfr si trovano in una condizione di equilibrio dinamico e la proporzione relativa di ognuno dipende dalla qualità della luce, che viene comunemente descritta attraverso il rapporto di flusso fotonico R:FR Da esso dipende il valore del fotoequilibrio φ che corrisponde al rapporto Pfr/Pfr+Pr che la pianta percepisce come segnale in grado di dare informazioni sul tipo di luce a cui è esposta. Inoltre una molteplicità di altri processi sono implicati nella risposta morfogenetica della pianta ai cambiamenti nello spettro luminoso.

4 SCOPO DEL LAVORO Le lampade fluorescenti, il cui uso è largamente consolidato nei laboratori commerciali dedicati alle colture in vitro, producono radiazioni che solo in parte vengono utilizzate dalle piante per il processo fotosintetico, mentre una larga parte viene dispersa sotto forma di calore. Le esigenze delle piante in vitro potrebbero essere soddisfatte utilizzando lampade a LED con la possibilità, tra l altro, di poter regolare ed adattare la lunghezza d onda alle diverse fenofasi di crescita, riducendo al minimo il dispendio di energia. Sulla base di queste considerazioni, in una camera di crescita appositamente allestita sono stati valutati gli effetti di spettri luminosi diversi indotti da lampade a LED e da lampade a fluorescenza sul comportamento morfogenetico delle piante in vitro.

5 Camera di crescita Materiali e metodi - 4 tipologie di luce BLU ( nm) VERDE -GIALLO ( nm) ROSSO ( nm) ROSSO SCURO ( nm) LED LUCE BIANCA 21% 38% 35% 6% LED LUCE prevalentemente ROSSA 12% 19% 61% 8% LED LUCE ROSSO/BLU 34% 66% LUCE A FLUORESCENZA (Controllo) 37% 44% 18% 1% - Intensità 80 μmol m -2 s -1 (LiCOR 6200) - Fotoperiodo 18 ore di luce LED LUCE BIANCA: Grow Light C65 NS12 (Valoya Oy Helsinki Finland) LED LUCE ROSSA : Grow Light C65 AP673L C (Valoya Oy Helsinki Finland) LUCE A FLUORESCENZA (CONTROLLO): MASTER TL-D Super 80 (PHILIPS)

6 Specie oggetto di studio Materiali e metodi. - Ceratonia siliqua L. - Dianthus caryophyllus L - Euphorbia x lomi Rauh - Rosa Mayland

7 Substrato di coltura Materiali e metodi La composizione del substrato era comune a tutte le specie. Murashige and Skoog Vitamine di Morel 0,3 mg /L di BA 30 g di Saccarosio 7 g di Agar I rilievi sono stati effettuati 30 giorni dal passaggio in substrato I controlli consistevano nel rilevare: N. Germogli N. totale di foglie del germoglio principale Indice di copertura -Rosa Mayland

8 Risultati NUMERO DI GERMOGLI DI PROLIFERAZIONE media di due cicli) Rispetto alla fluorescenza: La luce a LED arricchita nell area del rosso ha positivamente influenzato il numero di germogli di proliferazione solo nel carrubo. Nelle altre specie infatti dopo un primo effetto promotore, a partire dal secondo ciclo di moltiplicazione si notava un progressivo declino delle piante. La luce a LED bianca ha migliorato il tasso di proliferazione nel carrubo, mentre lo ha peggiorato in Euphorbia e Rosa. La luce rosso/blu ha positivamente influenzato il numero di germogli secondari nel carrubo e nel garofano.

9 Ceratonia siliqua L. Tra le lampade LED, un maggior numero di foglie sul germoglio principale è stato riscontrato nelle LED a luce Rosso/Blu. Non c erano differenze significative tra il numero di foglie riscontrato nei trattamenti con luci a LED e nella fluorescenza. Nella luce a fluorescenza si assisteva a un allungamento del fusti e a una maggiore espansione della lamina fogliare. FLUORESCENCE LED RED LIGHT LED WHITE LIGHT LED 33% BLUE 66% RED LIGHT

10 Euphorbia x lomi Rauh FLUORESCENCE LED RED LIGHT Non c erano differenze significative tra il numero di foglie riscontrato nei trattamenti con luci a LED e nella fluorescenza. Nella luce a fluorescenza si assisteva a un allungamento del fusti e a una maggiore espansione della lamina fogliare. E da notare l estesa formazione di callo alla base dei germogli delle plantule sottoposte a Luce a LED prevalentemente rossa e in minor misura bianca che ha progressivamente inibito la crescita dei germogli. LED WHITE LIGHT LED 33% BLUE 66% RED LIGHT

11 Dianthus caryophyllus L Non c erano differenze significative tra il numero di foglie sul germoglio principale dei trattamenti con luci a LED rossa e bianca e la fluorescenza. Il numero di foglie più basso della luce LED rosso/blu è da imputare al numero più alto di germogli secondari. Nella luce a fluorescenza si assisteva una maggiore espansione della lamina fogliare.. FLUORESCENCE LED RED LIGHT LED WHITE LIGHT LED 33% BLUE 66% RED LIGHT

12 Rosa Mayland Non c erano differenze significative tra il numero di foglie sul germoglio principale dei trattamenti con luci a LED rossa, rosso/blu e la fluorescenza. Il numero di foglie più basso è stato riscontrato nella luce LED bianca. Nella luce a fluorescenza si assisteva una maggiore espansione della lamina fogliare e a una maggiore altezza del germoglio principale. FLUORESCENCE LED RED LIGHT. LED WHITE LIGHT LED 33% BLUE 66% RED LIGHT

13 INDICE DI COPERTURA Per valutare l incidenza della qualità della luce sulla crescita è stato messo a punto un metodo non distruttivo 1. ACQUISIZIONE IMMAGINE 2. ELABORAZIONE TRAMITE IL SOFTWARE ImageJ passaggio da immagine RGB (colorata) a toni di grigio analisi del profilo luminoso dei pixel dell immagine 3. MISURAZIONE 4. INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI

14 Rosa Mayland LED BIANCA INDICE DI COPERTURA DELLE PLANTULE ( Plant Cover Index) LUCE A FLUORESCENZA (CONTROLLO) 80% 70% 60% 50% LED ROSSO/BLU 40% 30% 20% 10% LED ROSSO 0% LED BIANCA LUCE A FLUORESCENZA (CONTROLLO) LED ROSSO/BLU LED ROSSO

15 Conclusioni Nel complesso i primi risultati ottenuti sembrano indicare che: * la risposta morfogenetica alle diverse qualità di luce è specie-specifica * la luce a LED prevalentemente rossa ha aumentato (carrubo ed euphorbia) o non si è significativamente differenziata dalla luce a fluorescenza il numero di germogli secondari, ma l esposizione a questo tipo di luce ha generato nel tempo un progressivo declino, per cui è conveniente alternarla con luce bianca. * la luce a LED bianca ha determinato in quasi tutte le specie studiate una riduzione del numero di germogli secondari, poiché viene probabilmente percepita dalle piante come insufficiente (in futuro a intensità maggiori) * la luce a fluorescenza ha determinato un maggior sviluppo della superficie fogliare e una colorazione più intensa delle foglie.

16 *Da un punto di vista applicativo si potrebbero usare la luce prevalentemente rossa per indurre la proliferazione e la luce a fluorescenza o bianca ottimizzandone l intensità per l accrescimento e lo sviluppo Le modificazioni morfogenetiche indotte dal tipo di luce possono aprire nuove prospettive per la moltiplicazione in vitro delle piante + difficili (vedi Euphorbia) ma richiedono aggiustamenti nei protocolli di coltivazione (vedi quantità e/o tipo di citochinine).

17 Gruppo di ricerca