Desde Ebregrow, seguimos ofreciendo la información más actualizada en lo que respecta al cultivo de la marihuana. Por eso buscamos, traducimos y resumimos los últimos estudios científicos relativos a nuestra planta favorita.
Después de leer el título del post quizás pienses “eso ya lo sabemos”. La verdad es que sí, ya lo sabíamos, pero este nuevo estudio nos explica a que se debe la mayor concentración de metabolitos como los cannabinoides y terpenos cuando se cultiva cannabis en interior con altas densidades lumínicas. ¿Te interesa saber más? Te lo explicamos!
Título original: High light intensity improves yield of specialized metabolites in medicinal cannabis (Cannabis sativa L.), resulting from both higher inflorescence mass and concentrations of metabolites
Fecha publicación: 21 setiembre 2024
Autores: Wannida Sae-Tang, Ep Heuvelink, Céline C.S. Nicole, Elias Kaiser, Kjell Sneeuw, Mexximiliaan M.S.F. Holweg, Sabrina Carvalho, Iris F. Kappers, Leo F.M. Marcelis
Instituciones a las que pertenecen los autores:
- Horticulture and Product Physiology, Wageningen University and Research, Wageningen, Netherlands
- Philips Horticulture LED Solutions by Signify, Eindhoven, Netherlands
- Laboratory of Plant Physiology, Wageningen University and Research, Wageningen, Netherlands
Conclusiones
Si eres de los que les cuesta leer, aquí te dejo las ideas principales, el resto son detalles! Y para que se entienda mejor, te adjunto un gráfico.
- La producción de metabolitos especializados, como los cannabinoides y terpenoides, aumentó mucho con la intensidad de luz más alta (600–1000 µmol/m²·s), gracias a que tanto sus concentraciones como la cantidad de flores crecieron. Dentro de este rango de intensidades de luz, la producción de flores aumentó de manera proporcional a la intensidad de la luz, lo que significa que la eficiencia en el uso de la luz se mantuvo constante.
- El aumento en la cantidad de flores se debió principalmente a una mayor producción de materia seca total de la planta, y en menor medida, a un incremento en la parte de la masa seca destinada a las flores.
- El cannabis es una planta que tiene una capacidad fotosintética excepcional, y la tasa de fotosíntesis de las hojas siguió aumentando hasta el nivel de luz más alto medido (3000 µmol/m²·s)
Extracto
El cannabis medicinal (Cannabis sativa L.) tiene varios metabolitos especializados, como cannabinoides y terpenoides. Estos compuestos se acumulan principalmente en las flores, que son el foco principal del cultivo.
El cannabis medicinal suele cultivarse en interior con luz artificial, lo que permite ajustar la intensidad lumínica para optimizar la cantidad y calidad de la producción. Aunque ya se sabe que aumentar la intensidad de la luz mejora el rendimiento de las flores, el impacto de esta en los metabolitos especializados no está del todo claro.
El objetivo de este estudio es medir cómo afecta la luz a la producción de estos metabolitos y entender qué características de la planta explican estos efectos, utilizando un análisis de componentes de rendimiento.
Para esto, se hizo un experimento en una cámara controlada usando LEDs de espectro amplio con tres intensidades de luz: 600, 800 y 1000 µmol/m²·s de densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD), aplicados durante la fase generativa (8 semanas con un foto periodo de 12 horas) en la variedad de cannabis ‘Critical CBD’.
Los resultados mostraron que la producción de metabolitos especializados, como cannabinoides y terpenoides, aumentó significativamente con una mayor intensidad de luz, tanto por el incremento en su concentración como en el rendimiento de las flores. El rendimiento de las flores aumentó de manera proporcional al PPFD, manteniendo una eficiencia constante en el uso de la luz.
El aumento de la masa seca de las flores se debió principalmente a una mayor producción de materia seca total de la planta, y en menor medida, a una mayor proporción de masa seca asignada a las flores.
Además, la fotosíntesis de las hojas fue más alta en plantas cultivadas con mayor PPFD. Este estudio demuestra que el cannabis puede aprovechar intensidades de luz muy altas, lo que se traduce en un gran rendimiento de metabolitos especializados debido a una mayor masa de flores y concentraciones de metabolitos.
Materiales y métodos
En este apartado te explico cuáles son las condiciones en las que se desarrolló el estudio, obviando algunos aspectos frikis que sí puedes consultar en el texto original (medidas morfológicas, curva de respuesta fotosintética, metabolitos especializados, componentes del rendimiento y análisis estadístico)
Condiciones del cultivo
Las plantas de cannabis medicinal Cannabis sativa L., de la variedad ‘Critical CBD’ (quimiotipo II, con una proporción intermedia de THC/CBD de aproximadamente 0.5), se cultivaron en una cámara con control climático.
Las plantas se propagaron a partir de esquejes, que se enraizaron en cubos de lana de roca durante 21 días. Los esquejes bien enraizados se trasplantaron a bloques de lana de roca de 15 × 15 x 15 cm Grodan.
La fase vegetativa (o fase de día largo) duró del día 0 al día 11 después del trasplante (DAT), con una PPFD de 423 ± 24 µmol/m²·s. La luz tenía la siguiente composición, proporcionada por una mezcla de diodos emisores de luz (LED) rojos, azules y blancos (Green Power DRW MB 1.2, Philips, Países Bajos).
- 13 % de azul (400–500 nm)
- 6 % de verde (500–600 nm)
- 81 % de rojo (600–700 nm)
- menos de 0.6 % de rojo lejano (700–800 nm)
El fotoperíodo era de 18/6 horas (luz/oscuridad). La intensidad de luz (PPFD) y el espectro se midieron a 45 cm por encima de la mesa, que correspondía a la altura final del dosel durante la fase vegetativa.
La densidad de plantación fue constante a 9 plantas por metro cuadrado durante todo el experimento. Las plantas fueron podadas tres veces durante el cultivo:
- A los 8 días, se eliminó el ápice
- A los 11 días, se eliminaron los brotes laterales más bajos, dejando solo los cuatro brotes laterales superiores
- Finalmente, a los 16 días, se retiraron los brotes laterales de segundo orden inferiores, para dejar solo tres brotes de segundo orden por brote lateral.
Durante la fase vegetativa (de 0 a 11 días), la temperatura fue de 28.7/26.3 °C (luz/oscuridad), la humedad relativa de 79/86 %, y el CO₂ estaba en 400 ppm.
En la fase generativa (de 12 a 69 días), la temperatura fue de 28.0/26.7 °C y la humedad relativa de 71/75 %, mientras que el CO₂ se aumentó gradualmente de 600 a 1200 ppm, subiendo 200 ppm cada dos semanas.
Las temperaturas y humedades reales por tratamiento de luz y semana se muestran en la Tabla S1. Las diferencias máximas entre las temperaturas promedio y la humedad entre tratamientos fueron de 1.5/0.3 °C y 5.3/1.2 % HR (valores luz/oscuridad).
Antes del trasplante, los bloques de lana de roca se remojaron en una solución nutritiva con una conductividad eléctrica (CE) de 1.6 dS/m y un pH de 5.8. La solución contenía los siguientes macro y micronutrientes:
- 1.25 mM de NH4+
- 6.2 mM de K+
- 1.9 mM de Ca2+
- 0.9 mM de Mg2+
- 10.5 mM de NO3–
- 0.85 mM de SO42–
- 0.85 mM de PO43–
- 60 µM de Fe2+
- 20 µM de Mn2+
- 3 µM de Zn2+
- 20 µM de B2+
- 0.5 µM de Cu2+
- 0.5 µM de Mo2+
Después del trasplante, el riego se realizó con la misma solución nutritiva mediante goteros regulados, cada uno descargando 100 mL. La frecuencia de riego varió de cuatro a seis ciclos por día, ajustándose para asegurar que todas las plantas recibieran suficiente agua y nutrientes.
El valor de CE se aumentó primero a 2 dS/M (de 0 a 11 días), y luego a 2.5 dS/m durante la fase generativa (de 12 a 69 días), aumentando la concentración de macronutrientes, pero manteniendo las proporciones entre ellos constantes.
Tratamientos de intensidad lumínica
Durante las 8 semanas de la fase generativa (de 12 a 69 días después del trasplante, DAT), se aplicaron tres tratamientos de intensidad lumínica: 600, 800 o 1000 µmol/m²·s de PPFD.
Las intensidades de luz reales fueron 595±11, 791±10 y 991±15 µmol/m²·s de PPFD respectivamente, medidas a la altura final del dosel. La luz fue proporcionada por los mismos equipos utilizados en la fase vegetativa, por lo que el espectro lumínico fue similar.
El fotoperíodo fue de 12/12 horas (luz/oscuridad). Estos tres tratamientos de luz se asignaron aleatoriamente a cada compartimento dentro de la sala climática y se separaron con pantallas de plástico blanco. Cada compartimento medía 3.3 m² (réplica 1) y 2 m² (réplica 2).
Discusión de los resultados
No he traducido el apartado de los resultados para poder ir directamente al grano. Si te interesa saber más, puedes consultarlos en el texto original! Veamos, pues, cuáles son.
Las concentraciones de metabolitos especializados aumentaron considerablemente con el incremento de la PPFD
El rendimiento de los metabolitos especializados, tanto terpenoides como cannabinoides, en inflorescencias frescas aumentó considerablemente con el incremento de la PPFD, debido al mayor rendimiento de inflorescencias, así como a las mayores concentraciones de estos metabolitos.
Se ha encontrado en varios cultivos que el aumento en la intensidad lumínica incrementa las concentraciones de metabolitos especializados (Bian et al., 2015). Un aumento en la intensidad de la luz incrementa los fotoasimilados disponibles, que no solo son esenciales para el crecimiento de las plantas, sino que también sirven como precursores para la biosíntesis de metabolitos especializados (Darko et al., 2014) y como fuente de energía para su biosíntesis (Zavala y Ravetta, 2001).
Una mayor intensidad lumínica aumenta la necesidad de fotoprotección (Bassi y Dall’Osto, 2021) para prevenir el estrés oxidativo al promover la biosíntesis de metabolitos especializados (Ramakrishna y Ravishankar, 2011). Las concentraciones tanto de sesquiterpenoides como de monoterpenoides aumentaron linealmente con la PPFD en las plantas durante las semanas 6 a 8 de la fase generativa (Fig. 3).
En este estudio, la concentración total de terpenoides en inflorescencias frescas aumentó en un 76 % con un incremento del 67 % en la intensidad de la luz. Rodriguez-Morrison et al. (2021) observaron un efecto menor de la intensidad de luz en inflorescencias secas, con solo un aumento del 43 % cuando la intensidad lumínica aumentó en un 1.400 %.
Este incremento se observó principalmente en monoterpenoides individuales como el limoneno y el mirceno. Sin embargo, durante el secado de inflorescencias, puede ocurrir una pérdida considerable de terpenoides (mono-), lo que pudo haber reducido los efectos reportados por (Rodriguez-Morrison et al., 2021b).
Se encontró que las concentraciones de cannabinoides detectados aumentaron con la PPFD. En contraste, otros estudios encontraron que la intensidad de la luz no afectó al THC (Rodriguez-Morrison et al., 2021b, Vanhove et al., 2011). En algunos casos, la concentración de cannabinoides disminuyó debido a un efecto de dilución causado por el aumento en el rendimiento de inflorescencias (Bevan et al., 2021), pero esto no fue observado en nuestro estudio.
La variación en el aumento de diferentes metabolitos en respuesta a la intensidad lumínica podría estar relacionada con un efecto distinto de la luz en la inducción de diferentes tipos de tricomas. Por ejemplo, los tricomas glandulares sésiles tienden a acumular más sesquiterpenoides, mientras que los tricomas pedunculados acumulan más monoterpenoides (Livingston et al., 2020).
Dado que se identificaron genes involucrados en la biosíntesis tanto de terpenoides como de cannabinoides en una red de co-expresión (Zager et al., 2019), un efecto de la luz en los genes relacionados con las vías MEP y/o MVA podría afectar el equilibrio mutuo entre terpenoides y cannabinoides.
Hasta qué punto estos factores determinan las respuestas en la abundancia de metabolitos especializados, como se encontró en nuestro estudio, necesita una mayor exploración de la regulación de los genes biosintéticos en respuesta a la intensidad lumínica.
La masa seca de inflorescencias aumentó proporcionalmente con la PPFD, mientras que la eficiencia en el uso de la luz (LUE) se mantuvo sin cambios
Además de las mayores concentraciones de metabolitos, un mayor rendimiento de inflorescencias contribuyó de manera significativa al aumento en el rendimiento de metabolitos. Este mayor rendimiento de inflorescencias con una PPFD más alta está en línea con otros estudios sobre cannabis (Eaves et al., 2020, Potter y Duncombe, 2012, Rodriguez-Morrison et al., 2021b, Vanhove et al., 2011).
En este experimento, un aumento del 1 % en la PPFD resultó en un aumento de ∼1 % en el rendimiento de inflorescencias (Fig. 7), lo que coincide con la “regla del 1 %” para el rendimiento cosechable utilizada y observada en varios cultivos de invernadero (Marcelis et al., 2006). Esto también implica que la eficiencia en el uso de la luz (LUE) se mantuvo constante en alrededor de 0.25 g de masa seca de inflorescencia por mol de luz (g/mol) dentro de un rango de PPFD de 600 a 1000 µmol/m²·s
Esta LUE constante en niveles de PPFD de hasta al menos 1000 µmo/m²·s es notable, ya que es raro a intensidades de luz tan altas. Esta estabilidad en la LUE puede atribuirse en parte a las condiciones óptimas de crecimiento que probablemente se lograron en el experimento, incluyendo factores como CO2, agua, temperatura y nutrientes (Jin et al., 2023, Medlyn, 1996), pero también refleja la notable capacidad del cannabis para aprovechar productivamente intensidades de luz elevadas (ver más abajo).
El cannabis es una planta con una capacidad fotosintética excepcionalmente alta
Los investigadores descubrieron que el cannabis es una especie con alta capacidad fotosintética, ya que la tasa de asimilación de CO₂ (A) no se saturó ni siquiera a 3000 μmol/m²·s de PPFD y mostró valores de 40–55 µmol CO₂ /m²·s (Fig. 6A-C).
Aunque las curvas de respuesta a la luz se realizaron con niveles altos de CO₂ (800 ppm), estas tasas son más altas que las reportadas para muchas otras plantas C3 (<40 µmol CO₂/ m²·s en tomate (Pan et al., 2020); <30 µmol CO₂/m²·s en fresa (Li et al., 2020), medidas en condiciones similares de luz y CO₂ (2000 µmol/m²·s PPFD y 800 ppm CO₂
Se propone que el cannabis es probablemente un “extremófilo fotosintético”, es decir, una especie que puede utilizar productivamente intensidades de luz muy altas para crecer.
Además, las plantas de cannabis cultivadas a mayor PPFD mostraron una mayor capacidad fotosintética foliar, en línea con lo que se ha encontrado en otros cultivos (Poorter et al., 2019).
A diferencia de muchos otros cultivos que tienden a mostrar saturación de A muy por debajo de la luz solar completa (2.000 µmol/m²·s), la tasa de A en las hojas de cannabis no se saturó ni siquiera a 3.000 µmol m−2 s−1 (Fig. 6B).
El hecho de que la acumulación de biomasa, tanto de inflorescencias como de la masa seca total de la planta, no se saturara en la PPFD más alta de 1000 µmol/m²·s, indica que el cannabis es una especie que demanda mucha luz y puede crecer bajo intensidades lumínicas extremadamente altas sin reducción en el rendimiento.
Teniendo en cuenta todo lo anterior, el aumento de la intensidad de la luz en la producción comercial de cannabis debería combinarse con suficiente CO₂ suplementario para aumentar la masa seca de las inflorescencias.
He trabajado como redactor de contenidos en La cañameria global S.L. y Cactus Martorell Growshop. He trabajado también como comercial y asesor técnico en All2Grow y Excellent Nutrients.