Establecimiento del cuarto de cultivo

El estudio se realizó en un cuarto de producción en la ciudad de Hermosillo, Sonora, México. Las dimensiones del cuarto fueron 3.9 m de largo, 2.7 m de ancho y 2.15 m de altura. En el interior se instaló un ventilador (Marca MY AIR, Modelo 3315, México) y dos estantes de 1.74 m de alto, 0.54 m de ancho y 2.0 m de largo, con dos compartimentos de 0.6 m de alto cada uno,. Los estantes se colocaron de frente y se separaron por 2 m. En uno de ellos se instalaron dos lámparas de luz LED blanca (400-700 nm) (Marca Tecnolite 265 V, México), una en cada compartimento; en el otro estante, se colocaron dos lámparas de Luz LED con tonalidad violeta (380-420 nm), una en cada compartimento, cuya distribución de fotones en el espectro fue azul 15.5 %, rojo 69.5 %, verde 15 % y PPF (fotones fotosintéticamente activos emitidos por un sistema de iluminación por segundo) de 80.6 µmol s^-1 (General Electric Serie Arize Link LED Luminaire modelo PKB, Boston, Massachusetts, EUA). La transferencia de luz entre los estantes se evitó colocando un hule negro en medio del cuarto del cultivo. La investigación se realizó en verano (julio) y otoño (diciembre). Los valores promedio mensuales de humedad relativa y temperatura en el cuarto de cultivo fueron 52 % y 24.3 °C en verano y 55.2 % y 24.7 °C en otoño, respectivamente; los datos se registraron con un termohigrómetro (Marca Taylor, China).

Siembra de semillas

Se usaron 12 charolas de plástico (0.21 × 0.13 × 0.07 m) desinfectadas con H₂O₂ 3 %. En cada charola se colocaron 148 g de peat moss con perlita hidratado (pH 6), donde se sembraron 300 semillas de brócoli (6 g) de la var. Waltham 29 (Fax Hortalizas). Las charolas se cubrieron con plástico negro y se resguardaron en el cuarto de cultivo durante tres días (duración de la germinación); se les aplicó un riego diario de 15 mL de agua corriente por charola.

Tratamientos con luz LED

A los tres días, una vez que germinó el 90 % de las semillas, se expusieron seis charolas a la luz LED blanca (T1) y seis a la luz LED tonalidad violeta (T2) durante seis días por 14 h, lo cual se controló con un temporizador de 24 h (Steren ^® , modelo Temp-24h, México). Se realizaron dos ensayos con un diseño completamente al azar en verano y otoño.

Aplicación de tratamientos y unidad experimental

A los seis días de exposición de las plántulas a las luces LED, se seleccionaron tres charolas al azar por cada tratamiento para obtener las características fisiológicas. Sobre cada charola se colocó una cuadrícula metálica, cuyo número de cuadros se determinó según ^{Mostacedo y Fredericksen (2000)}; cada cuadro (1.3 × 1.3 cm) representó una unidad experimental. Para cada tratamiento se tuvieron 270 repeticiones.

Variables evaluadas

Se evaluó a) brote vivo, mediante conteo del número de brotes de brócoli que sobrevivieron; b) longitud del tallo medido con un vernier (Marca Mitutoyo, Kanagawa, Japón) y c) aspecto físico de las hojas, mediante una escala visual con los siguientes criterios: la calidad baja (Cb) indicó brotes con hojas débiles y carentes de estructura, la calidad media (Cm) presentó hojas deformes y la alta (Ca) hojas fuertes en forma acorazonada y extendidas; los valores asignados fueron 1, 2 y 3, respectivamente.

Para realizar el análisis nutrimental se emplearon tres charolas de cada tratamiento, se obtuvieron dos muestras de 125 g de hojas en verano y en otoño. Las muestras se resguardaron en bolsas herméticas de plástico, se llevaron al Laboratorio de Análisis de Alimentos de la Dirección de Nutrición del Centro de Investigación en Alimentos y Desarrollo (CIAD), donde se formaron muestras compuestas y se determinó la concentración nutrimental de Ca y K con la técnica de espectrometría 968.08 ^{(AOAC, 2005)} con un espectrómetro de absorción atómica (Ice serie 3000, Thermo Scientific, Oxford, Reino Unido). La concentración de vitamina C se determinó mediante cromatografía líquida ^{(Doner y Hicks, 1981)}, la de β-carotenos con la técnica de cromatografía líquida de alta resolución ^{(Hess et al., 1991)} y la de proteínas mediante el método de Kjeldahl 960.52 ^{(AOAC, 2005)}; estos tres últimos análisis se realizaron con un cromatógrafo líquido (1260 Infinity, Agilent Technologies, Waldbroom, Alemania).

Análisis estadístico

El análisis estadístico de los datos se realizó con el programa Minitab Statistical Software 21. Las variables relacionadas con las unidades germinadas y la longitud del tallo se analizaron con la prueba t de Student con un nivel de significancia del 5 %. Las estimaciones para el aspecto físico de las hojas se analizaron con la prueba no paramétrica U de Mann-Whitney, generada a través de una escala visual.

Brotes vivos de brócoli

El análisis estadístico mostró diferencia significativa entre T1 y T2 en relación con los brotes vivos; en ambas épocas del año el comportamiento fue similar (Cuadro 1). El T1 mostró un porcentaje de germinación de 48.23 % (50.75 % en verano y 45.72 % en otoño), mientras que T2 obtuvo 98.15 % (98.5 % en verano y 97.8 % en otoño).

Aunque se realizó una revisión exhaustiva en la literatura científica sobre los brotes vivos y los aspectos físicos de los brotes de brócoli, la falta de estudios en México y en otros países imposibilitó efectuar comparaciones con otros trabajos sobre estos aspectos.

Longitud del tallo (hipocotilo)

El análisis estadístico indicó diferencias significativas (P ≤ 0.01) entre T1 y T2 con respecto a la longitud del tallo (Cuadro 2), resultados similares se registraron para el otoño. Lo anterior se debió a que la luz LED blanca tuvo un mayor espectro electromagnético e influyó en el alargamiento del tallo y en el desarrollo de los órganos foliares, ya que las plantas necesitaron más luz para efectuar sus procesos metabólicos ^{(Moreno-Jiménez et al., 2017)}.

Los estudios de ^{Paniagua-Pardo et al. (2015)} en cultivos de brotes de brócoli indicaron que el uso de luces LED azul, roja y verde (ARV) por 12 h generó en las plántulas crecimientos promedio de la longitud del tallo de 3.9, 5.72 y 6.57 cm, respectivamente. ^{He et al. (2020)} reportaron sobre este mismo cultivo una longitud de 4.27 cm con luz LED ARV, y ^{Di Bella et al. (2020)} registraron longitudes en tres variedades de brócoli de 4.21 cm para la variedad Broccolo Nero, 2.92 cm para Cavolo Lacinato Nero di Toscana y 3.66 cm para Cavolo Broccolo Ramoso Calabrese.

En los casos anteriores, las longitudes de los tallos reportadas fueron menores con respecto al presente estudio, lo que se atribuyó a los colores de la luz LED utilizada, aunque ^{Godo et al. (2011)} y ^{Paniagua-Pardo et al. (2015)} indicaron que la luz LED roja repercutió en la respuesta fisiológica, ya que los fitocromos fueron sensibles en la región roja del espectro de luz, que es la responsable del aumento de biomasa total y del alargamiento de la planta ^{(Lee et al., 2016}; ^{Pinho et al., 2016)}; ^{Snowden et al. (2016)} señalaron que la combinación de luces LED roja y azul evitó la formación de tallos excesivamente largos.

Aspecto físico de las hojas

En el análisis de la prueba U de Mann-Whitney se encontró diferencia significativa entre T1 y T2 en los aspectos físicos de las hojas, en el ensayo de otoño el comportamiento fue similar (Cuadro 3).

Los brotes de brócoli de T1 mostraron hojas con deformaciones y sin estructura foliar, mientras que aquellos de T2 exhibieron dos estructuras foliares de forma acorazonada. Dichas características permitieron clasificar a T1 con calidad media (Cm) para verano y con calidad baja (Cb) para otoño; T2 se calificó con calidad alta (Ca) para ambas estaciones.

^{Mendoza-Paredes et al. (2021)} encontraron que el cultivo de cilantro desarrolló hojas morfológicamente completas y sin deformaciones con luces LED azul y roja, en tanto que ^{Haliapas et al. (2008)} indicaron que los cambios en la calidad de la luz afectaron los parámetros anatómicos, bioquímicos, fisiológicos y morfológicos de las plantas debido a los mecanismos fotoselectivos para capturar la energía lumínica para la fotosíntesis ^{(Jiao et al., 2007)}.

Concentración nutrimental

Las concentraciones de Ca fueron similares en T1 en verano y en otoño, lo mismo ocurrió en T2; sin embargo, T2 registró una concentración 1.2 veces mayor que T1 en ambas estaciones climáticas; dicha relación se mantuvo con la concentración de K (Cuadro 4). Al considerar los valores promedio de las concentraciones de Ca y K de T2, ambas fueron 21 % mayores que las de T1.

^{He et al. (2020)} registraron en brotes de brócoli cultivados con luz LED ARV concentraciones de Ca y de K de 11.7 y 8.22 mg g^-1 en peso seco, respectivamente, en tanto que en el presente estudio se registraron las mayores concentraciones de Ca (0.056 mg g^-1) y de K (0.77 mg g^-1) en T2 en otoño. Al comparar los valores determinados por ^{He et al. (2020)} con los del presente estudio, se notó que los de dichos autores fueron significativamente superiores: 209 y 10.7 veces mayores para Ca y K, respectivamente, lo que probablemente se debió a la variedad de la semilla utilizada ^{(Xiao et al., 2016)}.

^{Pennisi et al. (2019)} determinaron las concentraciones de Ca y K en plantas de albahaca expuestas a luz LED azul (30 %) y roja (70 %), las que fueron mayores con respecto a los tratamientos de este estudio. ^{Stutte et al. (2009)} mencionaron que el cultivo de lechuga expuesto al mismo tipo de luz LED mejoró la absorción de Ca, K y Mg, mientras que ^{Chen et al. (2014)} reportaron que la lechuga (Lactucca sativa) desarrollada bajo luz LED azul (20 %) y roja (80 %) generó mayor acumulación de B, Ca, Fe, Mg, Mn, Na y Zn.

^{Kopsell y Sams (2013)} reportaron que los brotes de brócoli aumentaron las concentraciones de B, Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, P, S, Zn, ß-caroteno, glucosinolatos (antioxidantes con potencial anticancerígeno) y vioxalantina cuando se cambió de un espectro de luz LED azul (12 %) y rojo (88 %) con 350 µmol m^-2 s^-1, a un ambiente con 100 % de luz LED azul (41 µmol m^-2 s^-1), lo que sugirió que los impactos de la luz LED azul en la apertura de estomas y en la actividad de transporte de membrana fueron la causa del aumento en la acumulación de nutrimentos.

Las concentraciones de las proteínas de ambos tratamientos fueron mayores en otoño (Cuadro 4), T2 almacenó más proteína, con valor promedio de ambos ensayos de 4.45 mg g^-1, que T1 con valor promedio de ambos ensayos de 3.77 mg g^-1. Por otro lado, ^{He et al. (2020)} reportaron una acumulación promedio de proteínas de 3.1 mg g^-1 en brotes de brócoli que crecieron con luz LED ARV, mientras que en condiciones de luz LED azul y roja más selenio, reportaron ٥.٥ mg g^-1 en proteína soluble. Dichos resultados (3.1 mg g^-1) fueron menores que en T2 (4.2 y 4.7 mg g^-1 en verano y en otoño, respectivamente).

La concentración de vitamina C fue mayor en T2 (0.1744 mg g^-1) que en T1 (0.1544 mg g^-1) en otoño. En estudios similares de brotes de brócoli, ^{Di Bella et al. (2020)} reportaron acumulaciones promedio de vitamina C (variedades Acephala, Broccolo Nero e Italica Plenck) de 5.6, 7.5 y 6.4 mg g^-1 , respectivamente; sobre este punto, ^{Pérez-Balibrea et al. (2011)} establecieron intervalos de 0.28 a 0.54 mg g^-1 (del día tres al 14) para la variedad Nubia, y de 0.38 a 0.65 mg g^-1 para la variedad Marathon; ^{He et al. (2020)} registraron concentraciones de 1.2 mg g^-1 en cultivos de brotes de brócoli con luz LED ARV.

Las concentraciones de vitamina C de los estudios anteriores fueron superiores en comparación con el presente estudio, lo que demostró diferencias en la capacidad de respuesta entre las variedades de brócoli para almacenar dicho compuesto ^{(Podsędek et al., 2006)}; es decir, cada variedad tuvo respuestas fisiológicas distintas bajo las condiciones ambientales en que se desarrollaron. La concentración de β-carotenos, en T2 tuvo un valor promedio mayor (0.112 mg g^-1) en otoño que en verano, similar que T1 (Cuadro 4).

A manera de conclusión, es posible destacar que el uso de la luz LED violeta en cuartos de cultivo tuvo un efecto positivo en el número de brotes vivos, en el aspecto físico de los brotes y en las concentraciones nutrimentales del brócoli; dicha luz generó brotes con aspecto físico sano y una calificación visual alta. Los resultados mostraron el efecto de las luces LED blanca y violeta en la longitud del tallo y en la forma de las hojas bajo condiciones controladas de temperatura y humedad relativa. Se demostró que el uso de luces LED en cuartos de cultivo es una alternativa para producir brotes de brócoli.