Fisiologia da alface cultivada sob iluminação LED

4.3.1. Trocas gasosas

O resumo da análise de variância relacionado às variáveis de trocas gasosas, Fotossíntese líquida (Pn), Condutância estomática (Gs), Concentração interna de CO2 (Ci), Transpiração (E) e Eficiência instantânea do uso da água

(EiUA) da alface cultivada sob iluminação de luzes de LED encontra-se na Tabela 7.

Verifica-se efeito significativo da radiação eletromagnética fornecida pelas diferentes combinações dos diodos emissores de luz (LED) sob todas às variáveis relacionadas as trocas gasosas tanto aos 11, quanto aos 21 DAT. O tipo de cultivar da alface também exerceu efeito significante em todas as variáveis nas épocas estudadas, exceto para a condutância estomática (Gs) aos 11 DAT. Tratando-se da interação entre os fatores (LxC), apenas a Pn e Ci sofreram efeitos expressivos nas duas avaliações, já para a EiUA apenas aos 11 DAT ocorreu significância (Tabela 7).

Tabela 7. Resumo da análise de variância das variáveis relacionadas às trocas gasosas Fotossíntese Líquida (Pn), Condutância Estomática (Gs), Concentração Interna de CO2 (Ci) e Eficiência instantânea do uso da água (EiUA) da alface, Campina Grande, PB, 2018.

Pn Gs Ci E EiUA Quadrado Médio DAT GL 11 21 11 21 11 21 11 21 11 21 Iluminação (L) 3 0,283** _1,036** _0,000413** _0,006372** _114721,19** _436182,20** _0,24** _2,67** _1,151* _7,8666** Cultivar (C) 1 0,316** _0,392** _0,000352ns _0,0048** _118952,29** _79327,52** _0,67** _1,99** _1,964* _6,3147** L x C 3 0,299** _0,294** _0,000135ns _0,000606ns _89738,40** _92349,64** _0,09ns _0,31ns _0,875ns _1,4287* Erro 4 0,034 0,018 0,000054 0,000446 1946,42 929,73 0,041 0,1255 0,347 0,389 CV (%) 9,24 20,06 0,71 37,91 6,91 6,32 10,47 31,3 19,69 32,14

GL: Graus de Liberdade; QM: Quadrados médios; CV: Coeficiente de Variação (transformação (X+0,5)1/2_{; ** Significativo a 1%, significativo a 5% e} ns _{não significativo pelo teste}

Os valores médios para cada variável de trocas gasosas avaliadas em função dos fatores estudados se encontram na Tabela 8.

Tabela 8. Fotossíntese Líquida (Pn), Condutância estomática (Gs), Concentração interna de CO2 (Ci), Transpiração (E) e Eficiência instantânea do uso da água (EiUA) da alface cultivada sob iluminação LED aos 11 e 21 DAT, Campina Grande, PB, 2018.

Iluminação Pn (μmol de CO2 m-2 s-1) Gs (mol m-2 s-1) Ci (µmol m-2 s-1) E (mmol de H2O m-2 s-1) EiUA (Pn / E)

DAT 11 21 11 21 11 21 11 21 11 21

LED5:1 0,643c 0,701d 0,018b 0,053c 367,27b 364,41c 0,55b 1,12c 0,94ab 1,68b

LED3:1 0,395ab 0,466c 0,021b 0,0341bc 384,85b 416,95d 0,48b 0,66b 1,33b 1,62b

LED6:3 0,287a 0a 0,0075a 0a 179,00a 0a 0,23a 0a 0,58a 0a

LEDR:B 0,515bc 0,312b 0,0175a 0,0158ab 369,66b 171,7b 0,46b 0,39b 1,04ab 0,67a

Cultivar Pn Gs Ci E EiUA

DAT 11 21 11 21 11 21 11 21 11 21

Lisa 0,397a 0,279a 0,0133a 0,0158a 275,42a 197,87a 0,31a 0,34a 0,77ª 0,632a

Crespa 0,541b 0,469b 0,0185b 0,0358b 374,98b 278,66b 0,55b 0,75b 1,17b 1,3575b

Considerando isoladamente o fator iluminação sob a Gs, aos 11 DAT, a combinação LED 3:1 mostrou valores mais elevados, sendo superada pela combinação 5:1 ao fim do período experimental. O aumento da Gs nas folhas ocorre com a diminuição da razão R:B. Estes resultados sugeriram que houve efeito direto da fração B no desenvolvimento estomático, afetando ainda mais a fotossíntese (WANG et al., 2016).

A princípio, o aumento da Gs, pode permitir que as plantas aumentem sua absorção de CO2 e H2O com um crescimento em condições favoráveis e

aumentar a fotossíntese (KUSUMI et al., 2012), ou seja, uma maior Gs pode promover o fornecimento de CO2 para o aumento da fotossíntese líquida.

Foi relatado por Retallack (2001) e Lake et al. (2001) que a condutância estomática é inversamente proporcional à concentração de ar ao redor das folhas (no ambiente). Como havia limitação de CO2 na atmosfera deste experimento,

pode-se atribuir a este fato, a baixa atividade fotossintética das plantas.

O fechamento e o número reduzido de estômatos pode estar relacionado a desfolhação sob baixa intensidade luminosa durante o crescimento da alface (MUNEER et al., 2014).

As aberturas estomatais são uma via importante para a transpiração, representando 95% da perda de água das plantas (HE et al., 2006), e a maior taxa de transpiração das plantas foi obtida na combinação de LED 5:1 (Tabela 6). A alface crespa apresentou-se com maior potencial em eficiência fotossintética tanto aos 11 quanto aos 21 DAT e para todas as variáveis fisiológicas analisadas. Com isso, pode-se afirmar que tal cultivar possui uma melhor adaptabilidade na realização de fotossíntese para as condições de cultivo utilizadas neste experimento.

Na Figura 14, contém o desdobramento da variável iluminação em função das cultivares de alface para a variável resposta Pn (Fotossíntese líquida).

A

B

Figura 14. Fotossíntese Líquida (Pn) da alface cultivada sob iluminação LED aos 11 (A) e 21 DAT (B), Campina Grande, PB, 2018.

É possível verificar que na aplicação do tratamento de luz LED com combinação 5:1 ocorreram as maiores taxas de fotossíntese líquida (Pn), no entanto, aconteceu redução da Pn para a cultivar de alface lisa, enquanto que a cultivar crespa apresentou resultados ascendentes para a mesma variável (Figura 14).

Para Wang et al. (2016) a combinação de R (vermelho) e B (azul) provou ser eficaz na condução da fotossíntese, aumentando as taxas de fotossíntese com a diminuição da razão R:B até 1, ou seja, proporção igual.

Como dito anteriormente, ter uma faixa do espectro azul e vermelho ideal para a fotossíntese é essencial para sua realização. As plantas sob apenas luz R (Vermelho) apresentam redução da taxa fotossintética líquida em comparação com a luz branca ou vermelha (R) suplementada com azul (B) (WANG et al.,

0,72c

0,28ab

0a

0,52bc 0,57a

0,51a 0,58a 0,51a

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

LED5:1 LED3:1 LED6:3 LEDR:B Pn (μmol de CO₂m² s-1₎ 11 DAT Lisa Crespa 0,62 0,50 0 0 0,79 0,43 0 0,63 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

LED5:1 LED3:1 LED6:3 LEDR:B Pn (μmol de CO₂m² s-)

21 DAT

2015). Além disso, R (vermelho) sozinho ou uma iluminação constante com altas quantidades de B pode ter efeitos negativos, como a taxa de fotossíntese líquida reduzida em muitas espécies devido as respostas de evasão de cloroplasto (WADA et al., 2003 apud WANG et al. 2016). Por tanto, a variação na taxa de fotossíntese líquida dar-se em razão da diferente combinação de luz vermelha e azul que compõem o espectro de luminescência adotado neste experimento.

A menor taxa de fotossíntese em LEDs também pode ser atribuída ao baixo teor de nitrogênio nas folhas, que ocorre em função do teor de clorofila e carotenoides (KIM et al., 2004). A concentração interna de CO2 para a interação

dos fatores estudados pode ser vista na Figura 15.

A

B

Figura 15. Concentração interna de CO2 (Ci) da alface cultivada sob iluminação LED aos 11 (A) e 21 DAT (B), Campina Grande, PB, 2018.

356,0b 388,8b

0a

356,0b

378,5a 380,9a _358,0a 382,5a

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0

LED5:1 LED3:1 LED6:3 LEDR:B Ci (μmol de CO₂m² s-1₎ 11 DAT Lisa Crespa 363,16b 428,33c 0a 0a 365,66bc _405,58c 0a 343,41b 0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0

LED5:1 LED3:1 LED6:3 LEDR:B Ci (μmol de CO₂m² s-1₎

21 DAT

A cultivar crespa apresentou maior taxa de concentração interna de CO2, o

que está associado a condutância estomática (Gs). Deste modo, a limitação estomática seria o fator principal da limitação do desempenho fotossintético uma vez que, quanto maior a abertura estomática maior a difusão de CO2 para a

câmara subestomática (NASCIMENTO, 2009).

Para Jadoski et al. (2005), o aumento na taxa de assimilação de CO2 está

relacionado à maior concentração de CO2 presente no interior das folhas, por

causa do fechamento estomático em resposta aos estresses abióticos. O aumento verificado na taxa de assimilação de CO2 pode estar diretamente

relacionado ao incremento ocorrido na transpiração. Acrescenta-se ainda que o aumento na resistência da difusão gasosa pode ser fator limitante à taxa de assimilação de CO2 (PAIVA et al., 2005).

O uso eficiente da água (EiUA) da alface cultivada sob diferentes combinações de luz LED vermelha e azul está explanado na Figura 16.

Figura 16. Eficiência instantânea do uso da água (EiUA) da alface cultivada sob iluminação LED aos 11 (A) e 21 DAT (B), Campina Grande, PB, 2018.

A fonte de variação de luz LED com combinação 3:1 foi mais eficiente em termos de eficiência instantânea de uso da água aos 11 DAT. Aos 21 DAT a luz LED 5:1 demonstrou ser melhor para a EiUA.

A cultivar de alface crespa se mostrou mais conveniente se tratando da eficiência do uso da água para realização de fotossíntese, isso mostra que este tipo de cultivar pode ser melhor adaptada ao cultivo de culturas de interior (câmaras de produção). 1,55b 0,98b 0a 0a 1,83b 2,26b 0a 1,34b 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

LED5:1 LED3:1 LED6:3 LEDR:B

EiUA (μmol de CO2m² s-1/ mmol de H2O m² s-1) 21 DAT

Estudando diversas fontes de variação de luz para o cultivo de alface, Lanoue et al. (2017), comprovaram que os tratamentos de luz LED mostram uma EiUA ligeiramente inferior em comparação ao tratamento com luz HPS.

Durante os 21 dias de condução do experimento, a tensão não chegou ao seu estado crítico, ou seja, não foi necessário a realização de irrigação, estabelecendo no ambiente de cultivo o uso mínimo da água. Salienta-se, pois, que quanto menor a disponibilidade de água menor também será o grau de abertura estomática para reduzir a perda d’água; consequentemente, a EiUA é maior, mantendo o mínimo de equilíbrio hídrico, e pela alface ser uma planta tipo C3, a assimilação de CO2 em situações hídricas adversas é limitada.

Clavijo-Herrera et al. (2018) indicam em seus resultados que, a qualidade espectral dos LEDs, e também as condições ambientais de cultivo, podem afetar significativamente o volume de água necessário para produzir plantas de alface em ambientes controlados.

4.3.2. Pigmentos Fotossintetizantes

Pode-se notar na Tabela 9, o resumo da análise de variância dos dados equivalentes ao teor de Clorofila a, b e carotenoides nas folhas de alface, que a iluminação afetou significativamente o conteúdo de pigmentos fotossintetizantes de ambas as cultivares estudadas (LxC).

Tabela 9. Resumo da análise de variância para os dados de Clorofila a, b e carotenoides da planta de alface aos 21 DAT, Campina Grande, PB, 2018.

Clorofila a Clorofila b Carotenoides

Fonte de variação GL Quadrado Médio Iluminação (L) 3 _{0,936** 0,091** 0,1622**} Cultivar (C) 1 0,710* 0,000208ns _0,153002** LxC 3 _{1,838** 0,0944298** 0,319062**} Erro 40 _{0,105 0,005655 0,009116} CV (%) 13,22 5,69 6,07

GL: Graus de Liberdade; QM: Quadrados médios; CV: Coeficiente de Variação (transformação

(X+0,5)1/2_{; ** Significativo a 1%, significativo a 5% e ns não significativo pelo teste F de Tukey.}

Dentre os tratamentos de luz estudados o LED R:B apresentou maiores teores de clorofila a e carotenoides. Já o teor de clorofila b foi maior na fonte de luz LED 5:1, concordando com os demais resultados apresentados neste estudo (Tabela 10). Os pigmentos fotossintetizantes clorofila a e b possuem alta absorção na região dos comprimentos de onda azul e vermelho. Já os carotenoides possuem absorção na faixa espectral que compreende apenas a luz azul. Este fato justifica o alto índice de carotenoides no tratamento LED R:B, pois há uma maior quantidade de incidência de luz azul nele.

Tais resultados indicam que a absorção dos pigmentos que refletem posteriormente na realização de fotossíntese nas plantas poderia ser melhorada ao diminuir a fração de luz azul (B), já que em termos quantitativos, a fração de LED 5:1 e 3:1 possui uma menor intensidade de irradiação de luz azul quando comparada com os demais tratamentos de luz.

LED aos 21 DAT, Campina Grande, PB, 2018.

Iluminação Clorofila a Clorofila b Carotenoides

LED5:1 0,531667b 0,215833c 0,144167b

LED3:1 0,414286b 0,160714bc 0,123571b

LED6:3 0a 0a 0a

LEDR:B 0,693333b 0,115 0,2975c

Cultivar Clorofila a Clorofila b Carotenoides

Lisa 0,305417a 0,1275a 0,09a

Crespa 0,54875b 0,131667a 0,202917b

Em cada coluna, médias seguidas pela mesma letra não diferem entre si pelo teste de Tukey ao nível de 5% de probabilidade.

Rosa et al. (2014) estudando o teor de clorofila a e b em alface tipo crespa em condições tradicionais de cultivo, encontraram resultados de 8 mg/g de matéria fresca para a clorofila a e 2 mg/g para clorofila b, o que comparado aos resultados encontrados neste experimento nos mostra valores bem mais elevados. O teor reduzido de clorofila pode ser usado para monitorar o dano induzido pelo estresse nas folhas (MANNING e TIEDEMANN, 1995). Embora tenha um número considerável de estudos que indicam que a síntese e o conteúdo de Clorofilas (a e b) e carotenoides são maiores em alface e outras plantas tratadas com LEDs azuis em comparação com as outras luzes (JOHKAN et al., 2010; MARKOU, 2014). Isso não foi evidente na alface cultivada neste estudo e os complementos azul + vermelho tiveram o maior efeito na indução da síntese de Chl a e b e carotenoides nas folhas. O que deve ter sido ocasionado também pela limitação de CO2 dentro da estufa.

Os teores de pigmentos Clorofila a e b nas folhas de alface são mostrados na Figura 17 em função da interação entre os fatores iluminação e cultivar (LxC).

A

B

Figura 17. Teor de Clorofila a (A) e clorofila b (B) das cultivares de alface em função da iluminação LED aos 21 DAT, Campina Grande, PB, 2019.

Na combinação de luz LED R:B foram identificados teores de Chl a bem mais elevados em comparação com as demais. Mas, os resultados anteriores mostram que a fonte de luz R:B não apresentou um valor relativamente alto para as variáveis que indicavam a eficiência fotossintética, sugerindo que apesar de um alto teor de pigmentos fotossintéticos, eles não conseguiram fotossintetizar a energia luminosa liberada pelos LEDs. Isso pode ser explicado pela intensidade e forma que as luzes azuis e vermelhas estavam dispersas, já que no pico de absorção do pigmento, poderia haver um excesso de raios na região do azul ou vermelho, entretanto, não ocorreu a biossíntese.

O teor de clorofila das folhas está relacionado diretamente com a fotossíntese líquida, com isso, as plantas cultivadas sob a combinação de LED 5:1 apresentaram os mais altos índices tanto aos 11 como aos 21 dias após o

0,62b 0,59b 0a 0a 0,44a 0,27a 0a 1,39b 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

LED5:1 LED3:1 LED6:3 LEDR:B Clorofila a (mg g-1₎ Lisa Crespa 0,25b 0,27b 0a 0a 0,18b 0,08ab 0a 0,23c 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

LED5:1 LED3:1 LED6:3 LEDR:B Clorofila b (mg g-1₎

transplantio (DAT). Em termos gerais, pode-se afirmar que essa fonte foi mais eficiente, quando se analisa também os resultados relacionados as trocas gasosas.

Tratando-se da cultivar, nota-se, portanto, que a alface lisa apresenta um valor mais elevado de Chl a e b quando comparada à cultivar de alface crespa, o que elevaria sua capacidade em realizar fotossíntese. Contudo, a absorção da luz das folhas foi afetada pela composição de pigmento neste estudo, assim como para Lee e Kim (2014).

Na Figura 21, pode ser visto o gráfico relativo ao teor de carotenoides que foi maior para o tratamento LED R:B, com a cultivar lisa apresentando maiores resultados. Uma maior acumulação desses pigmentos pode levar a maior absorção de luz, eliminação de reações induzidas pela luz espécies de oxigênio e, como consequência, melhoraram o crescimento do broto (JOHKAN et al., 2010).

Figura 18. Teor de Carotenoides das cultivares de alface em função da iluminação LED aos 21 DAT, Campina Grande, PB, 2018.

A capacidade fotossíntese das folhas da planta é diretamente proporcional ao R/B de LEDs (HOGEWONING et al., 2010). Esses resultados sugerem que, quando se utiliza fontes de iluminação com diferentes relações R/B, uma LED com maior quantidade de azul aumentaria (que é o caso da fonte de luz R:B) o teor de clorofila, poderia então melhorar a capacidade de captura original de luz e retirar a saúde das alfaces. Desta maneira, pode-se afirmar que a qualidade da

0,19b _0,17b 0a 0a 0,09a 0,09a 0a 0,59b 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

LED5:1 LED3:1 LED6:3 LEDR:B Carotenoides (mg g-1₎

radiação luminosa, que promovem o desenvolvimento das plantas estão associadas às possíveis combinações de luz LED vermelhas e azuis.