Luz para marihuana: guía técnica de fotobiología

La fotobiología estudia el uso e interacción que desarrollan los organismos vegetales con la luz, un aspecto importante para cualquier cultivo, pero aún más en el Cannabis, donde se depende en muchas ocasiones de iluminación artificial, la cantidad y calidad de la luz es de los factores que más definen el resultado final.

A pesar de que puede parecer un concepto sencillo, cuando se estudia la luz, en profundidad, se comienza a entender como un elemento mucho más complejo, más aún cuando se estudian las interacciones que desarrolla con las plantas y su aparato fotosintético. Estos conocimientos permiten el uso adecuado de la iluminación existente, además de las futuras innovaciones necesarias para obtener mejores sistemas.

Lo primero que se debe tener en cuenta es que las plantas emplean la luz para dos objetivos muy distintos, obtención de energía por un lado e información del entorno por otro. Para la interpretación del entorno, la distribución espectral de la luz es especialmente importante.

¿Qué papel tiene la fotosíntesis en el cultivo de marihuana?

Proceso por el cual una planta obtiene energía de la luz para fijar dióxido de carbono convirtiéndolo en azúcares, en este proceso las moléculas captadoras de energía son las clorofilas a y b, la primera tiene los picos de absorción en 433 nm y 666 nm, mientras que la clorofila b los tiene en 462 y 650 nm. De este proceso es de donde todos los vegetales obtienen la energía que requiere su metabolismo. El crecimiento del vegetal, hablando estrictamente el aumento de biomasa, se debe a este proceso.

Fotomorfogénesis y desarrollo estructural en marihuana

Sin embargo, el Cannabis no podrá enfrentarse a su entorno solo con crecimiento, aún menos completar su ciclo vital, por lo que además del crecimiento en biomasa, las plantas se desarrollan. Este proceso permite a la marihuana modificar sus estructuras a células y tejidos especializados para responder al ambiente cambiante y, sobre todo, completar la floración. Los sensores que modulan la foto morfogénesis son los fitocromos, criptocromos y otras moléculas que responden a longitudes de onda concretas.

¿Qué es la energía exosomática y cómo influye la transpiración de la marihuana?

Aunque se trata de un concepto más comúnmente empleado para las poblaciones humanas, la energía exosomática es aquella ajena al metabolismo, pero empleada en el funcionamiento del organismo. Por ejemplo, en las plantas, es especialmente importante la fuerza motriz que se genera durante la transpiración. Este proceso mueve agua a través de conductos continuos que se crean entre las raíces y las hojas que transpiran al recibir energía radiante (luz). El mero movimiento del agua ayuda a mantener la turgencia de la planta y sirve de transporte para sustancias. Ambos procesos requerirían de aporte energético, pero de esta manera solo se gasta energía en crear la estructura de un inicio, a partir de ese momento la energía necesaria la aporta directamente la luz, por medio del calor generado en la superficie foliar. Este hecho reviste especial importancia para entender algunas diferencias entre tipos de iluminación que se comentarán después.

Luz roja y rojo lejano: efectos en floración y germinación de la marihuana

La luz roja tiene un gran impacto en la fotomorfogénesis, contenido nutricional foliar y es de vital importancia para el enderezamiento inicial del hipocótilo durante la germinación en dicotiledóneas como la marihuana. Aunque también influenciados por la luz azul, los fitocromos tienen formas interconvertibles R/FR, con las que las plantas miden los cambios diarios y estacionales. Cabe mencionar que en la actualidad este mecanismo se estima más complejo e influenciado por también por otros factores.

¿Para qué sirve la luz azul en el cultivo de marihuana?

La luz azul y la UV-A activan el criptocromo y las fototropinas (320 - 500 nm), fotorreceptores que median en la regulación de la germinación, elongación y apertura estomática. Uno de los efectos más visibles del espectro azul en la marihuana es la generación de internudos más cortos. Si bien en algunos estudios se ha observado un aumento del contenido en cannabinoides en plantas crecidas con predominancia de luz azul (1), en otros estudios, sin embargo, solo se ha podido constatar el aumento del contenido en THC por gramo de inflorescencia, ya que en el conjunto de la planta se dio una disminución de cannabinoides por una menor producción general (2).

Radiación ultravioleta: UV-A y UV-B para potenciar tricomas

La radiación UV-B se percibe en el fotorreceptor UVR8, promoviendo mecanismos de resistencia a plagas o acumulación de pigmentos fotoprotectores como los flavonoides. También se ha podido observar una mayor acumulación de tricomas en las hojas de la canopia con tratamientos de UV-B y UV-A en conjunto (3). 

Aunque se ha podido constatar el aumento del contenido en THC en variedades de Cannabis narcótico irradiadas con UV-B desde el año 1987 (4), el efecto sobre el conjunto de cannabinoides en general y los terpenos aún está en debate. Para obtener los resultados que buscan los cultivadores es importante asociar las dosis de radiación UV a altas dosis de luz fotosintéticamente activa, si no es así puede causar daño fisiológico y morfológico visible (5). Como referencia, el ratio UV: PAR de la luz solar directa es aproximadamente 1: 20 (3).

¿Cómo medir la luz en marihuana: luxómetros o medidores PAR?

Tradicionalmente se ha estimado la luz disponible para las plantas con el mismo baremo que la sensibilidad del ojo humano, estas medidas se obtienen con un luxómetro, lúmenes o luxes (lúmenes por unidad de superficie). Se trata de una medida muy centrada en el verde y poco sensible en los extremos del espectro electromagnético visible, al igual que el ojo humano. En la actualidad la medida más adecuada es el PAR (Photosynthetically Active Radiation), ya que mide con una mayor amplitud todas las longitudes de onda que las plantas aprovechan.

Los espectrómetros de luz son otra herramienta que en este caso nos proporcionan el espectro completo desglosado. Ambos medidores (PAR y espectrómetros de luz) son herramientas costosas, por lo que cualquier cultivador que ya disponga de luxómetros puede acceder a varias herramientas y conversores gratuitos en internet con los que estimar la medida PAR a partir de las lecturas de un luxómetro.

Iluminación marihuana: lámparas HPS frente a paneles LED de última generación

Las luminarias tradicionales o de alta descarga (HID) han sido muchos años el estándar para la producción de flor de calidad, tanto los de alta presión de sodio (HPS) como los halogenuros metálicos (CMH), la efectividad para el cultivo de este tipo de lámparas radica en que emiten un espectro completo y de gran intensidad en las longitudes cercanas a las aprovechadas por las plantas. Pero completan el espectro de manera general y con una gran producción de otras longitudes de onda no aprovechables, mayoritariamente calor.

Las lámparas o tubos fluorescentes han sido tradicionalmente buenos aliados de los cultivadores que requieren una mayor eficiencia en la generación de luz, ya que emiten buena parte de la energía en el espectro PAR, con una conversión a calor menor. Aunque solamente se han podido aplicar con buenos resultados a la producción de plántulas y fase vegetativa. Los requerimientos de la marihuana de intensidad y calidad de luz para la producción de flor medicinal son un hecho para todo cultivador aficionado, hecho que ahora se está constatando con datos en numerosos estudios en centros de investigación y universidades.

Las luminarias LED de última generación alcanzan una gran eficiencia en la emisión de luz. Hasta hace no mucho los sistemas LED se basaban en proporcionar la luz centrada en los picos de absorción de la clorofila, en el rojo y el azul, consiguiendo resultados similares a las fluorescentes, pero poco consistentes en cuanto a producción de flor. 

Actualmente con la incorporación en las luminarias de una mayoría de chips blancos (emisión de amplio espectro) junto con chips IR y UV se están consiguiendo resultados excepcionales, pero con una eficiencia mayor que las lámparas HID. Otra gran ventaja de la tecnología LED es una menor emisión de calor, no nula, pero considerablemente inferior al sodio y emitida en su mayoría en dirección contraria a las plantas, a través de los disipadores posteriores.

¿Cuánta luz PAR tolera la marihuana para maximizar producción?

La relación entre la intensidad lumínica, la fotosíntesis y la producción de inflorescencia en la marihuana está siendo ampliamente estudiada en los últimos años. Y en estos estudios el Cannabis está demostrando una gran plasticidad para admitir y procesar intensidades crecientes de luz PAR (6). Por debajo de los 30 °C de temperatura puede llegar a admitir 2000 μmol/m2/s sin alcanzar saturación lumínica.

Pero la tasa fotosintética aumenta de manera logarítmica con la intensidad de luz, es decir, crece cada vez menos hasta llegar a un límite. De hecho, este máximo en la tasa fotosintética se empieza a alcanzar visiblemente a partir de los 1600 μmol/m2/s de PPFD (Densidad de Flujo de Fotones Fotosintéticos, unidades con las que se cuantifica la luz PAR). Sin embargo, a diferencia de otros cultivos, la marihuana mantiene un crecimiento lineal del aumento de biomasa a dichas intensidades lumínicas (7). Este hecho es de especial interés para los sistemas productivos, además de indicar que el Cannabis es capaz de canalizar una gran cantidad de energía de manera exosomática, aprovechando la transpiración y el calor transmitido para el transporte de sustancias y aumento de la biomasa.

En definitiva, tanto los estudios científicos como las luminarias de última generación muestran la importancia de una intensidad de luz más que considerable en el cultivo del Cannabis y no solo centrada en las longitudes de onda específicas de los fotosistemas. Tanto las longitudes de onda que intervienen en los procesos de foto morfogénesis, como la energía total canalizada por la planta son de gran importancia para la producción de flor de calidad. 

Bibliografía luz y marihuana

1. Magagnini, G., Grassi, G., & Kotiranta, S. (2018). The effect of light spectrum on the morphology and cannabinoid content of Cannabis sativa L. Medical Cannabis and Cannabinoids, 1(1), 19-27.

2. Morello, V., Brousseau, V. D., Wu, N., Wu, B. S., MacPherson, S., & Lefsrud, M. (2022). Light quality impacts vertical growth rate, phytochemical yield and cannabinoid production efficiency in Cannabis sativa. Plants, 11(21), 2982.

3. Llewellyn, D., Golem, S., Foley, E., Dinka, S., Jones, A. M. P., & Zheng, Y. (2022). Indoor grown Cannabis yield increased proportionally with light intensity, but ultraviolet radiation did not affect yield or cannabinoid content. Frontiers in Plant Science, 13, 974018.

4. Lydon, J., Teramura, A. H., & Coffman, C. B. (1987). UV‐B radiation effects on photosynthesis, growth and cannabinoid production of two Cannabis sativa chemotypes. Photochemistry and Photobiology, 46(2), 201-206.

5. Rodriguez-Morrison, V., Llewellyn, D., & Zheng, Y. (2021). Cannabis inflorescence yield and cannabinoid concentration are not increased with exposure to short-wavelength ultraviolet-B radiation. Frontiers in Plant Science, 12, 725078.

6. Jenkins, M. W., & Livesay, C. B. (2021). Photosynthetic performance and potency of Cannabis sativa l. grown under LED and HPS illumination.

7. Rodriguez-Morrison, V., Llewellyn, D., & Zheng, Y. (2021). Cannabis yield, potency, and leaf photosynthesis respond differently to increasing light levels in an indoor environment. Frontiers in plant science, 12, 646020.
 

Más información en la web de Soft Secrets

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