Las películas de conversión de luz UV a luz roja aceleran el crecimiento de las plantas y podrían ayudar a mejorar los problemas de suministro de alimentos a nivel mundial

Un equipo interdisciplinario de los departamentos de Ingeniería y Agricultura de la Universidad de Hokkaido y el Instituto para el Diseño y Descubrimiento de Reacciones Químicas (WPI-ICReDD) ha desarrollado un recubrimiento de película delgada a base de europio que demostraron que acelera el crecimiento de plantas y árboles. Esta tecnología puede mejorar la velocidad de producción de las plantas y tiene el potencial de ayudar a abordar los problemas mundiales de suministro de alimentos.

Las plantas convierten la luz visible en energía a través de un proceso llamado fotosíntesis. Además de la luz visible, la luz solar también contiene luz ultravioleta (UV). Los investigadores de este estudio tenían como objetivo proporcionar a las plantas luz visible adicional para usar en la fotosíntesis mediante el empleo de un material de conversión de longitud de onda (WCM) que puede convertir la luz ultravioleta en luz roja.

Los investigadores desarrollaron un WCM basado en un complejo de europio y crearon un revestimiento de película delgada que se puede aplicar a láminas de plástico disponibles en el mercado. No solo demostraron que la película convierte la luz ultravioleta en luz roja, sino también que la película no bloquea ninguna de las luces visibles beneficiosas del sol. A continuación, se ensayó la película comparando el crecimiento de las plantas utilizando láminas con y sin el revestimiento de WCM. Se realizaron ensayos tanto para acelgas, una planta vegetal, como para alerces japoneses.

En verano, cuando los días son largos y la radiación solar es fuerte, no se observaron diferencias significativas para las acelgas al usar las películas WCM. Sin embargo, en invierno, cuando los días son más cortos y la luz del sol es más débil, las plantas de acelgas cultivadas con películas WCM mostraron una altura de planta 1,2 veces mayor y una biomasa 1,4 veces mayor después de 63 días. Los investigadores atribuyeron este crecimiento acelerado al mayor suministro de luz roja proporcionada por las películas WCM.

Plántulas de alerce japonés cultivadas sin (izquierda) y con (derecha) el uso de una hoja de material de conversión de longitud de onda (WCM). (Sunao Shoji et al. Scientific Reports. 26 de octubre de 2022). Crédito: Sunao Shoji et al. Informes científicos. DOI: 10.1038/s41598-022-21427-6

Los ensayos con alerces japoneses también mostraron un crecimiento acelerado. Las plántulas mostraron una tasa de crecimiento relativa más alta en los primeros 4 meses de crecimiento, lo que dio como resultado un diámetro del tallo 1,2 veces mayor y una biomasa total 1,4 veces mayor que los árboles que crecieron sin el recubrimiento WCM. Fundamentalmente, esto permitió que las plántulas alcanzaran el tamaño estándar para plantar en la silvicultura de Hokkaido en un año. El uso de películas WCM podría acortar el período de crecimiento de las plántulas de dos años a un año, lo que resultaría en una producción de plantas más rentable.

Esta tecnología también tiene el potencial de ayudar con los problemas de seguridad alimentaria en climas más fríos y es beneficiosa porque no requiere electricidad para funcionar. Los investigadores consideran que la personalización de la tecnología es especialmente prometedora.

«Al usar una capa de material que cambia de longitud de onda, pudimos crear con éxito una película transparente y demostrar su capacidad para acelerar el crecimiento de las plantas», dijo Sunao Shoji, autor principal del estudio publicado en Informes científicos.

«Al diseñar racionalmente el ion emisor de luz, podemos controlar libremente el color de la luz emitida para que sea de otros colores como el verde o el amarillo, por lo que esperamos poder crear películas de conversión de longitud de onda que estén optimizadas para diferentes tipos de plantas. Esto abre un gran vía de desarrollo futuro para la ingeniería agrícola y forestal de próxima generación».