Che cos’è l’Effetto Emerson e come influenza le piante?

L’effetto Emerson è un fenomeno fotobiologico scoperto negli anni ‘50 dallo scienziato Robert Emerson. Questo effetto dimostra che l’efficienza della fotosintesi nelle piante può aumentare significativamente quando sono esposte contemporaneamente a due diverse lunghezze d’onda della luce. Per saperne di più su cosa sia l’effetto Emerson e come possa influenzare le piante, ti raccontiamo tutto ciò che devi sapere.

Cos’è l’effetto Emerson?

Si parla di questo effetto per spiegare l’influenza che hanno le diverse lunghezze d’onda della luce sull’efficienza della fotosintesi nelle piante. Specificamente, si osserva un aumento del tasso di fotosintesi quando i cloroplasti sono esposti contemporaneamente a luci con lunghezza d’onda di 680 nm e più di 680 nm, corrispondenti allo spettro rosso profondo e allo spettro rosso lontano, rispettivamente.

Tipi di spettri luminosi che influenzano la coltivazione della marijuana

Esistono diversi spettri di luce che possono influenzare la coltivazione della marijuana in modi diversi:

• Infrarossi (800 nm – 1 mm): sono comuni nei vecchi sistemi di illuminazione come quelli a sodio ad alta pressione (HPS) o a ioduri metallici (MH). La loro efficienza è inferiore rispetto a tecnologie come LEC e LED. Anche se l’infrarosso non fornisce energia utilizzabile per le piante di marijuana e genera solo calore, può beneficiare alcuni processi metabolici.
• Lo spettro di luce rossa lontana (700 – 800 nm): non partecipa direttamente alla fotosintesi, ma migliora la struttura della pianta. Previene l’eccessivo allungamento di steli e foglie, essendo utile per controllare la direzione.
• Il rosso vicino (600 – 700 nm): è vitale per la produzione di biomassa, con particolare enfasi sui diodi a 660 nm per la loro efficienza.
• La luce verde/gialla (500 – 600 nm) è benefica per la fotosintesi senza alterare il ciclo vegetativo, nota per la sua capacità di penetrazione negli strati inferiori della pianta, nonostante le sue limitazioni.
• La luce blu (400 – 500 nm) favorisce piante compatte e robuste, ma può influire negativamente sul ritmo circadiano umano.
• La luce ultravioletta (400 – 10 nm) ha un ruolo minore nella fotosintesi, ma contribuisce alla produzione di resina e al controllo dei parassiti, con effetti variabili a seconda della specie.

Attualmente, esistono diverse marche di illuminazione per coltivazione che cercano di sfruttare questo effetto, offrendo luci con questi spettri, come nel caso di GB Lighting, per ottenere il massimo nei coltivi.

Storia e scoperta

Il fenomeno è stato scoperto dallo scienziato americano Robert Emerson negli anni ’50. Attraverso i suoi esperimenti, Emerson ha dimostrato che le piante esposte regolarmente a entrambe le lunghezze d’onda effettuavano la fotosintesi a un tasso molto maggiore della somma degli effetti separatamente, ponendo così le basi fondamentali nelle scienze botaniche e agronomiche.

Tradizionalmente si riteneva che solo la lunghezza d’onda di circa 680 nm fosse ottimale per l’attivazione del fotosistema II, un componente cruciale nel processo fotosintetico.

Quali benefici ha l’effetto Emerson?

Tuttavia, l’effetto Emerson ha rivelato che aggiungendo luce con lunghezza d’onda di circa 700 nm, insieme a quella di 680 nm, si verifica un aumento del tasso di fotosintesi. Questo è dovuto all’attivazione simultanea di due fotosistemi separati che agiscono allo stesso modo:

• PSI: con uno spettro compreso tra 700 e 730 nm (rosso lontano)
• PSII: tra 650-680 nm (rosso)

Si tratta di impulsi in cui la luce si converte in energia chimica, da utilizzare nei processi interni della pianta favorendo la fotosintesi. Questo facilita un percorso aggiuntivo per il trasporto degli elettroni e migliora l’utilizzo generale dell’energia luminosa.

Come influenza la coltivazione?

Questa conoscenza ha avuto importanti applicazioni in agricoltura, specialmente nello sviluppo di metodi di illuminazione artificiale più efficienti per ottimizzare la crescita delle piante e la produzione agricola.

Tale effetto sulle piante si traduce in:

• Un miglioramento sia della crescita che delle rese.
• Comprendendo meglio come le piante utilizzano la luce per la fotosintesi, gli agricoltori possono regolare gli spettri luminosi per potenziare la capacità fotosintetica delle piante, favorendo una maggiore produzione di biomassa e un’accelerazione nei cicli di coltivazione.

Come influisce questo effetto sulla fotosintesi?

Prima di continuare, è necessario conoscere la fisiologia vegetale, i processi vitali e l’adattamento delle piante all’ambiente, così come il modo in cui l’effetto Emerson può influenzare le stesse.

Fotosintesi e flusso di energia

La fotosintesi è il meccanismo attraverso il quale le piante convertono la luce solare in energia chimica. La luce, in particolare a lunghezze d’onda specifiche, è cruciale per attivare i pigmenti fotosintetici. I cloroplasti assorbono questa energia luminosa, che viene trasformata in energia chimica per sintetizzare carboidrati.

Cosa fa l’effetto Emerson è massimizzare la fotosintesi quando le piante sono esposte a luce a onda corta (680 nm) e onda lunga (oltre 700 nm) contemporaneamente. Ciò può migliorare le tecnologie di illuminazione artificiale per l’agricoltura.

Applicazioni in coltivazioni e orticoltura

Nell’orticoltura e nella coltivazione delle piante, l’applicazione pratica dell’effetto Emerson può influenzare il ciclo di coltivazione e migliorare i rendimenti. Agricoltori e orticoltori utilizzano queste informazioni per ottimizzare i sistemi di illuminazione a LED che supportano una fotosintesi più efficiente, garantendo così che le piante crescano più sane e vigorose. Inoltre, impatta positivamente sulla produzione di colture fuori stagione e sull’uso di risorse più sostenibili.

Ricerche recenti

Le ricerche recenti hanno gettato luce sui meccanismi dettagliati dell’effetto Emerson e sulle sue possibili applicazioni pratiche nell’agricoltura moderna e nella biotecnologia.

Progressi in biochimica vegetale

Studi recenti in biochimica vegetale hanno permesso di comprendere con maggiore chiarezza come le piante utilizzano diverse lunghezze d’onda della luce per ottimizzare la fotosintesi. Questa conoscenza è cruciale per lo sviluppo di tecniche avanzate di coltivazione. Queste possono simulare in modo più efficiente gli spettri di luce che beneficiano le piante.

Effetto Emerson e biotecnologia

La biotecnologia trae beneficio direttamente dalle ricerche sull’effetto Emerson, introducendo innovazioni nell’ingegneria genetica delle piante. Sono state sviluppate varietà che mostrano una risposta migliorata alla luce rossa profonda, traducendosi in un’efficienza fotosintetica aumentata e potenzialmente in migliori rese di coltivazioni.

La comprensione dell’effetto Emerson può migliorare le coltivazioni e sta spingendo miglioramenti nel design dei sistemi di illuminazione LED per l’agricoltura di precisione, focalizzati su spettri luminosi specifici che attivano in modo più efficace la fotosintesi.