Luz para plantas
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Luz para plantas Dezembro/2013 Luz para plantas Talitha Vasconcelos Fávaro Nunes- [email protected] Curso de Especialização de Iluminação e Design de Interiores Instituto de Pós-Graduação e Graduação - IPOG São Paulo/SP, 12/02/2013 Resumo O objetivo dessa pesquisa é demonstrar e analisar comparativamente os resultados de um experimento botânico que, através da incidência de diferentes cores e tipologias de luz , induz o crescimento e o desenvolvimento de sementes de plantas de forma diferenciada. O experimento foi realizado na cidade de São Paulo, durante o mês de janeiro de 2013. A questão que culminou na realização deste experimento foi: Como cobrir a crescente demanda por flores e plantas ornamentais, principalmente em datas especiais, visto que cada espécie tem suas particularidades e fases específicas de desenvolvimento? Para o experimento botânico, foram elaboradas as hipóteses de que irradiações de comprimento de onda semelhantes, mesmo que de fontes diferentes, resultariam no desenvolvimento similar dos exemplares. Como metodologia: a observação, demonstração e análise comparativa dos resultados do experimento, no qual exemplares da mesma espécie foram submetidos às mesmas condições climáticas, porém sob tipologias luminotécnicas diferentes. Os resultados indicaram que, de fato houve alterações quanto ao desenvolvimento das plantas e com isso concluiu-se que, o ideal é conhecer as necessidades de cada espécie para, através da iluminação conjunta e monitorada, seja fonte artificial ou natural, oferecer um espectro completo e equilibrado. Palavras-chave: Fotoperiodismo. Florescimento. Indução 1. Introdução Ambientes que possuem vegetação e são trabalhados com ampla diversidade de plantas, folhas e flores, inegavelmente trazem sensações mais acolhedoras, mais humanizadas, mesmo que inseridos em grandes metrópoles. Segundo o Instituto Brasileiro de Floricultura (IBRAFLOR), o mercado brasileiro de flores e plantas ornamentais tem se expandido a cada ano e desde 2006, o segmento tem registrado uma taxa de crescimento anual de 20%, o que movimenta em torno de R$ 1 bilhão ao ano, o que pode ser considerado um dos maiores de toda a economia brasileira, e com uma progressiva parte desse total, destinada à exportação. De acordo com Harada (2012), o Mercado de Flores da Ceasa do Grande ABC de São Paulo comercializa em torno de 65 toneladas de produtos, movimentando valores aproximados de R$ 180 mil por semana. Esse montante aumenta em até 30% em semanas de datas comemorativas. Dessa forma, como os cultivadores de flores devem se preparar para aumentar sua produção nestas sazonalidades? Para esse mercado em expansão, há a exigência de um retorno rápido, em que as produções de flores e plantas ornamentais tenham cada vez mais, um crescimento constante e com menor custo. Fatores como controle do calor, vento, umidade e nutrição do solo, e iluminação são considerados determinantes para atender a essas exigências. Embora cada espécie tenha suas particularidades, o floricultor tem plenas ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 condições de induzir todo esse processo, ao manipular respostas de desenvolvimento como as etapas de germinação, florescimento e produção de frutos. Atualmente, com a introdução de novas tecnologias, os floricultores garantem condições adequadas de produção durante todo o processo, ou seja, conseguem controlar o micro clima de maneira que este produza plantas em maior quantidade e em melhor qualidade. Entre os muitos fatores, o principal para que essa resposta seja possível, é a manipulação e indução da iluminação sobre as mais variadas espécies. É através da iluminação, seja ela natural ou artificial, que as plantas entram em processo de fotossíntese para que haja a formação de energia para o seu pleno desenvolvimento. A fotossíntese é uma resposta físico-química à luz e a irradiação dos diversos comprimentos de onda desencadeiam processos específicos e diferenciados para cada espécie. O intuito dessa pesquisa é demonstrar através de um experimento botânico, para a mesma espécie e mesmas condições climáticas, em quais aspectos as amostras se diferenciam ou não, se há paridade entre fontes artificiais e naturais e se de fato conseguimos induzir algum aspecto e/ou etapa do processo de crescimento das sementes em análise. 2. Referencial Teórico 2.1 Fotoperiodismo De acordo com Bergamaschi ([200-?]), o fotoperíodo corresponde à duração de um dia e fotoperiodismo é a resposta do desenvolvimento das plantas. No sentido de induzir o comportamento vegetal afim de que seu desenvolvimento seja completamente manipulado, o maior interesse pelo estudo do fotoperiodismo se encontra nas respostas de muitas espécies à variação na duração do dia. Essa foi a conclusão a qual chegaram os pesquisadores norteamericanos W.W Garner (1875-1956) e Harry Ardell Allard (1880-1963) ao verificarem que, as plantas de uma variedade de tabaco e de uma variedade de soja só floresciam se o comprimento do dia (período iluminado) fosse inferior a um certo número de horas (GARNER E ALLARD, 1920 apud BERGAMASCHI, [200-?]). Ao induzir o processo de florescimento das plantas, o seu desenvolvimento fenológico é fortemente afetado. Como fenologia vegetal pode-se entender, segundo Marin (2008), o estudo das mudanças exteriores (morfologia) e todas as transformações que estão relacionadas ao ciclo completo das plantas. Dessa maneira, o fotoperíodo está diretamente ligado ao comportamento cíclico de todos os seres vivos e as condições ambientais nas quais estão inseridos. Garner e Allard na década de 20, foram os primeiros a escrever publicações científicas sobre fotoperiodismo, e no trabalho original salientaram que o comprimento do dia é o fator fundamental e mais importante no desenvolvimento das plantas.Mais tarde, várias outras espécies vegetais foram estudadas por Garner e Allard. Eles descobriram que, além do efeito sobre a formação de flores, frutos e sementes, o fotoperíodo tem influência sobre o crescimento vegetativo, a formação de bulbos e tubérculos, o processo de ramificação, a forma das folhas, a abscisão e queda de folhas, a formação de pigmentos, pubescência, desenvolvimento radicular, dormência e morte de plantas. Verificou-se que fluxo de luz necessário para provocar resposta fotoperiódica é tão baixo que mesmo o crepúsculo, antes do nascer do sol e depois do pôr do sol, é efetivo (CHANG, 1974 apud BERGAMASCHI, [200-?]). Estações do ano x Fotoperiodismo ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 O fotoperíodo corresponde a duração de um dia, porém, no decorrer de um ano os dias possuem durações diferentes. Para entender essa variação e também as estações do ano, é necessário compreender os movimentos da Terra. O movimento de rotação é o responsável pela alternância de dias e noites, no qual a Terra realiza um movimento giratório em volta de um eixo imaginário (Figura 1). O movimento de translação ocorre quando a Terra se desloca em torno do Sol de forma elíptica, o que faz surgir as estações do ano. Segundo Gruszynski (2002), é preciso saber que a Terra tem seu eixo de rotação 23,5º fora de ser perpendicular ao plano orbital em volta do sol. Define-se assim o Trópico de Câncer a 23,5º ao norte da Linha do Equador (linha imaginária que divide a terra em norte e sul), e o Trópico de Capricórnio a 23,5º ao sul. Ainda de acordo com Gruszynski (2002) no solstício de verão no hemisfério sul (aproximadamente 21 de dezembro) o sol está exatamente sobre o Trópico de Capricórnio, tendo-se o dia com mais horas de luz, e no solstício de inverno no hemisfério sul (aproximadamente 21 de junho) o sol está exatamente sobre o Trópico de Câncer, tendo-se o dia com menos horas de luz em nosso hemisfério. Figura 1 – Movimento de rotação da Terra Fonte: www.physicalgeography.net Em função da alteração da posição da Terra em relação ao Sol, a incidência da radiação solar sobre a Terra muda seu ângulo. A variação no ângulo de incidência da radiação solar, causada pela alteração da declinação solar, faz variar a quantidade de radiação que chega à superfície. Por essa razão, a superfície não recebe a mesma quantidade de luz em todos os dias do ano, ou seja, quanto maior a distancia até o Equador, maior a variação entre o dia mais longo e o dia mais curto do ano. Consequentemente, na faixa do Equador o fotoperíodo tem 12h durante todo o ano. Nas demais regiões, a duração do dia aumenta no verão, à medida que aumenta a latitude, e diminui no inverno pela mesma razão. São esses os fatores que marcam o início das quatro estações do ano, que consistem em dois solstícios (de inverno e verão) e dois equinócios, (outono e inverno). Ver Figura 2. ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Nos Dezembro/2013 Figura 2 – Movimento de translação da Terra Fonte: www.physicalgeography.net equinócios, que correspondem à entrada do outono e da primavera, o número de horas de sol do dia e o comprimento da noite se equivalem em 12 horas. Porém, um fator a ser considerado na avaliação de comprimento natural do dia é que as plantas são sensíveis à luz quanto o sol está em torno de 6º abaixo do horizonte (antes da alvorada e após o pôr do sol). Assim, nos equinócios, as plantas percebem efetivamente em torno de 13 horas de luz, ao invés de 12 horas. Esse dado é importante na avaliação de em qual época do ano necessitamos interferir no comprimento do dia com o escurecimento artificial ou com a iluminação artificial, objetivando uma produção fora do período natural (GRUSZYNSKL, 2002). Classificações das plantas Todas as plantas têm suas particularidades e dentro de cada espécie há uma determinação natural do momento em que cada fase deve acontecer. Mas o desconhecimento da razão pela qual determinada planta floresce em abril, outra em maio e assim por diante, motivou, os pesquisadores norte-americanos W. W. Garner (1875-1956) e Harry Ardell Allard (18801963) no começo do século XX, a buscar respostas para esse comportamento. Em suas observações, os pesquisadores constataram que as plantas de uma variedade de tabaco e de uma variedade de soja só floresciam se o comprimento do dia (período iluminado) fosse inferior a certo número de horas. Analisando ainda outras espécies, chegaram à conclusão de que havia três tipos básicos de plantas quanto ao comportamento de floração e dessa forma foi feita a primeira classificação das plantas quanto ao fotoperíodo. De acordo com Bergamaschi ([200-?]): ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 Plantas de dias curtos (PDC): São as espécies que florescem em fotoperíodos menores do que um máximo crítico. Plantas de dias longos (PDL): São as espécies que florescem em fotoperíodos maiores do que um mínimo crítico. Plantas de dias neutros ou fotoneutras (PDN): São aquelas que florescem em uma ampla faixa de variação do fotoperíodo. Podemos entender como fotoperíodo critico a quantidade de horas de iluminação que se não for obedecida, irá provocar alterações quanto a resposta de floração da planta. Para plantas de dia curto há floração quando o tempo em que permanece iluminada é menor que o número de horas do período critico; quanto as plantas de dia longo, há floração quando o tempo que permanece iluminada é maior que o número de horas do período critico. Pode-se observar que, de um modo geral, plantas de dias longos são aquelas que crescem na estação fria, florescem durante a primavera, que é quando a duração do fotoperíodo se alonga, para encerrar o ciclo no final da primavera ou início de verão; por sua vez, as espécies de dias curtos são aquelas que iniciam o ciclo na primavera, florescem quando os dias já estão se encurtando, no verão ou início de outono, e terminam o ciclo no outono ou início de inverno (BERGAMASCHI, [200-?]). A partir dessas informações, percebe-se que não é a totalidade do período iluminado que é importante e sim se esse período é maior ou menor do que é determinado como fotoperíodo critico da planta considerada. Das análises originalmente feitas por Garner e Allard nos anos20, constatou-se que o fator fotoperíodo era uma das condições fundamentais e indispensáveis para que houvesse o florescimento. Florescimento induzido Nas plantas, são as folhas os órgãos responsáveis pela recepção do estimulo luminoso que induz o florescimento e inúmeros estudos demonstraram que esta é a parte da planta que deve ser exposta ao fotoperíodo da espécie abordada. Experimentos isolando folhas do restante da planta, transferindo folhas ou parte de folhas de uma planta a outra, demonstraram que, uma vez colocadas na condição necessária à indução floral, transmitem o estímulo e levam o restante da planta a florescer normalmente (BERGAMASCHI, [200-?]). Dentre os pigmentos vegetais, o fitocromo é o fotorreceptor que possui maior distribuição na planta, é responsável pela percepção da luz (duração do dia e da noite) e por desencadear o processo de indução, o que influencia diretamente na germinação de sementes, floração, crescimento do caule e demais etapas de desenvolvimento. Possui duas formas interconversíveis e, de acordo com a radiação que absorve, pode promover ou inibir a germinação pela luz. A partir dessas observações, explicou-se por que espécies diferentes mesmo que plantadas em épocas distintas, floresciam ao mesmo tempo. Segundo Garner e Allard (1920), inúmeros experimentos continuaram a ser feitos como, por exemplo, a interrupção do período noturno de escuridão, mantendo a planta iluminada de dia e por alguns minutos à noite, fato que bastava para afetar a floração das plantas. Para o florescimento de plantas de dias curtos, normalmente são necessárias de dez a treze horas de luz por dia e no restante do tempo permanecerão no escuro, período no qual metabolizam seu crescimento. Já para as plantas de dias longos, são necessárias de catorze a dezoito horas de luz para o florescimento natural. Essa condição pode exigir a complementação do período de exposição, o que é obtido com iluminação artificial assistida. As plantas fotoneutras irão produzir flores e folhagem em todas ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 as estações do ano, independente do fotoperíodo. Entretanto, algumas plantas que exigem fotoperíodos de mais de dezesseis horas, não terão condições naturais para florescer em qualquer região do Brasil, onde esta duração nunca é alcançada. A sua germinação e florescimento poderá ser obtido ou acelerado através de suplementação de luz, alongando o fotoperíodo através de iluminação artificial (BERGAMASCHI, [200-?]) Período escuro Até o momento, esclarecemos a influência e o porquê do fotoperíodo. Contudo, vários trabalhos de pesquisa constataram que, o que de fato dispara o processo de indução floral das plantas é o período escuro do dia, também chamado de nictoperíodo. Ainda como resultado dessas pesquisas, foram obtidas informações que mostraram que os períodos de escuro que a planta fica exposta devem ser contínuos, ao contrário dos períodos de iluminação que não precisam ser contínuos, pois a interrupção dos períodos de escuro leva a inibição da floração do vegetal. De acordo com Bergamaschi ([200-?]), as pesquisas demonstraram maior importância da duração da noite em comparação à duração do dia, pois para plantas de dias curtos e plantas de dias longos que foram, inicialmente, submetidas a condições diferentes de fotoperíodo, a indução ao florescimento seguiu a lógica esperada, ou seja, PDC floresceram em dia curto/noite longa, enquanto que PDL floresceram em dia longo/noite curta. Ainda em consonância com Bergamaschi ([200-?]), posteriormente, uma noite longa foi dividida em duas noites curtas por uma breve interrupção por luz, induzindo as plantas de dias longos a florescerem, enquanto as PDC não floresceram. Quando o dia longo foi interrompido e transformado em dois dias curtos, nada alterou com relação à indução normal das PDC e PDL. Portanto, a alternância de dia curto com noite curta causou florescimento das plantas de dias longos/noites curtas, enquanto que dia longo seguido por noite longa fez florescer plantas de dias curtos/noites longas. Além dessas pesquisas, outros experimentos também demonstraram que o processo de indução fotoperiódica ao florescimento é reversível e facilmente manipulável, ao se alternar curtos períodos de irradiações (luz) distintas no período escuro. Desta forma, é a duração da noite que efetivamente controla o processo de indução ao florescimento em plantas sensíveis à variação na duração do dia. Com relação à classificação, permanece a denominação quanto à avaliação de resposta ao fotoperíodo. Ambientes protegidos Atualmente, modernas técnicas em floricultura permitem o cultivo e colheita programada de inúmeras espécies de flores e plantas ornamentais em épocas desejadas. Muitas espécies são sensíveis ao fotoperíodo e, portanto, modificando artificialmente a duração do dia é possível induzir ou suprimir a indução floral para conseguir colheita em épocas de maior demanda. A radiação solar é o principal elemento meteorológico, pois afeta todos os outros fenômenos como, por exemplo: temperatura, pressão, vento, umidade e chuva. Um dos recursos para manipular os resultados das produções é a utilização de ambientes protegidos, na maioria das vezes por coberturas plásticas, que implicam em diversas modificações micro meteorológicas que alteram as relações planta-ambiente. Para o fator iluminação, são muitas as aplicações de técnicas de controle: desde a duração do dia, que pode ser tanto por alongamento com iluminação artificial, ou redução escurecendo o ambiente quanto pela interceptação da radiação solar pela cobertura plástica, que reduz a incidência desta sobre as plantas, o que, conseqüentemente, irá alterar o balanço de radiação e de energia. Para que haja um cultivo de ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 qualidade em um ambiente protegido, é necessário que haja por parte dos produtores um bom conhecimento sobre a fisiologia e necessidades das culturas que exploram, para que possam oferecer às plantas as melhores condições para seu desenvolvimento. Um dos artifícios utilizados no ambiente protegido é o uso de malhas ou lonas, que devem possuir características técnicas que assegurem condições adequadas ao cultivo durante todo o seu ciclo. Robledo e Martin (1981) asseguram que, conhecer as características de transmissividade da radiação de um material de cobertura é importante para avaliar os benefícios potenciais dos diferentes materiais, pois são as pequenas diferenças na transmitância de um material à radiação solar que podem ter efeito significativo no crescimento e desenvolvimento da cultura. Ainda de acordo com Robledo e Martin (1981), com relação a sua opacidade, coloração ou transparência, os filmes plásticos apresentam resposta diferenciada quanto à absorção, à reflexão e a transmissão das radiações de onda curta e longa. Segundo Beckmann (2006), a capacidade de absorção das coberturas é proporcional à sua espessura e que filmes transparentes transmitem os raios solares sem dispersá-los, tendo por resultado a transmissão elevada da luz direta; já nas regiões com irradiação solar elevada, isso pode induzir a queimadura das plantas, flores ou frutos, e esse efeito negativo pode ser minimizado com o uso de filmes aditivados, que difundem a luz sob todo o ambiente. Para ambientes protegidos, é fundamental que haja distribuição uniforme da luz e absorção máxima de luz difusa, pois desta forma se elimina o estiolamento (situação em que a planta cresce na ausência total ou parcial de luz e utiliza nutrientes de reserva da semente para se desenvolver), consegue-se mais fotossíntese, plantas mais sadias, formas mais equilibradas e compactas, maior quantidade de flores e de frutos, e melhora da qualidade (BECKMANN, 2006). Para Beckmann (2006), a transmissividade depende do comprimento de onda e que a intensidade de comprimentos de onda de importância biológica para plantas, pode ser aumentada ou diminuída, o que oferece a possibilidade de controlar crescimento e desenvolvimento das culturas. 2.2 Fotossíntese De acordo com Kawasaki e Bizzo (2000), a fotossíntese é o processo através do qual as plantas convertem a energia da luz em energia química, transformando o dióxido de carbono (CO2), a água (H2O) e sais minerais (retirados do solo através da raiz da planta), em compostos orgânicos e oxigénio gasoso (O2). A luz do sol é absorvida pelas folhas das plantas através da clorofila e atravéz deste processo (fotossíntese) as plantas produzem o seu próprio alimento, constituído basicamente por açúcares como a glicose. O processo de fotossíntese se diferencia em duas fases: Fase escura: não necessita de luz e através de um mecanismo metabólico incorpora o carbono do CO2 atmosférico para formar seu alimento. Fase luminosa: necessita de luz e através de um processo fotoquímico nos pigmentos dos cloroplastos, produzem moléculas que formarão a energia necessária para levar ao fim a fase escura da fotossíntese. Radiação solar A grande maioria dos organismos vivos na Terra são mantidos por um fluxo de energia proveniente do sol, a radiação. A luz é uma onda eletromagnética cujo comprimento de onda se encontra no espectro visível ao qual o olho humano é sensível. Pertence, portanto, a ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 classificação de radiação eletromagnética, situada entre a radiação ultravioleta e a radiação infravermelha. Figura 3 – Espectro visível Fonte:www.pegasus.portal.nom.br/percepcao-visual A luz do sol é a única que possui um espectro completo de cores: violeta, índigo, azul, verde, amarelo, laranja, e vermelho. Cada faixa de cor tem sua própria freqüência, com o aumento dos comprimentos de onda a partir do final violeta do espectro para o fim vermelho. A luz natural contém o equilíbrio perfeito de luz vermelha e azul para produzir o crescimento ideal e desenvolvimento das plantas. De acordo com Larcher (2000), a radiação solar controla muitos processos do desenvolvimento, agindo como um sinal para a germinação, o crescimento direcionado e a forma externa da planta. A biosfera recebe radiação solar, cujos comprimentos de onda oscilam de 290 a 3000 nm, e em média 45% da energia solar recebida se encontra entre 380-710 nm, região da luz visível, que é utilizada para a fotossíntese das plantas. Parte da radiação que incide sobre a planta é refletida, parte é absorvida de modo a tornar-se fisiologicamente eficaz, e o restante é irradiado. O grau de reflexão, absorção e transmissão dos tecidos vegetais depende da idade da planta; do ângulo, da espessura e de camadas de folhas e do comprimento de onda da radiação (BERGAMASCHI, [200-?]). Quanto maior a superfície da folha, maior será a absorção da radiação e quanto maior a intensidade da radiação, maior será a fotossíntese. As plantas possuem fotorreceptores altamente específicos, que absorvem radiação cujo comprimento de onda se encontra entre 400 a 700nm, o que é fundamental para o processo de fotossíntese e o crescimento da planta. Luz x pigmentos fotossintéticos Pigmentos fotossintéticos são moléculas que absorvem e emitem luz (Taiz & Zeiger, 1998). Estas moléculas também são chamadas de fotorreceptores, pois absorvem a luz para eventual uso em processos fisiológicos. Elas processam a energia luminosa em uma forma que pode ser usada pela planta (Hopkins, 1995). Os principais e mais importantes pigmentos vegetais são: fitocromos, clorofilas e carotenóides Os diferentes tipos de pigmentos fotossintéticos apresentam estruturas especificas para captar radiações de diferente comprimento de onda, o que justifica a coloração diferente. De acordo com Taiz e Zeiger (1998), o padrão de absorção de cada tipo de pigmento é denominado espectro de absorção. As radiações mais eficientes para o fenômeno fotossintético situam-se nas faixas do espetro luminoso vermelho-alaranjado e azul-violeta. Fitocromo É o principal fotorreceptor para florescimento, sendo o pigmento responsável por desencadear o processo de indução. Absorve picos de radiação dentro das faixas do vermelho Fv (500/660 ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 nm) e do vermelho distante Fvl (660/730nm). Durante a presença de radiação solar o fitocromo se converte de P660 para P730, acumulando-se nesta forma; à noite, na ausência de luz, ele reverte o processo e se acumula na forma de P660 (BERGAMASCHI, [200-?]). Essa forma interconversível explica por que espécies diferentes mesmo que plantadas em épocas distintas, florescem ao mesmo tempo. Figura 4 – Espectro de absorção para o fitocromo Fonte: www.plantphys.info/plant_physiology/phytochrome Clorofila É o pigmento que está diretamente envolvido na fotossíntese. Possuem cor verde pois absorvem luz principalmente nas porções vermelha e azul dos espectros, de forma que apenas uma parte da luz enriquecida nos comprimentos de onda do vermelho (aproximadamente 550 nm)é refletida para o olho humano. Dentre os vários tipos existentes na natureza, as mais presentes são as clorofilas a e b e ambas apresentam dois picos de absorção de luz, que são os comprimentos de onda onde a absorção máxima é de: 420 e 660 nm para a clorofila a, e 435 e 643 nm para a clorofila b, sendo a absorbância nos picos da esquerda mais alta de que nos da direita (TAIZ & ZEIGER, 2004). Carotenóides Estão presente no processo de fotossíntese, porém em menor escala. São pigmentos que possuem cor alaranjada, surgindo em todos os organismos fotossintéticos, com exceção das bactérias. ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 Figura 5 – Espectro de absorção para o clorofila ( a/b) e carotenóides Fonte: http://naturalmenteciencias.wordpress.com/tag/espectro-visible 2.3 Iluminação artificial O uso da iluminação artificial para plantas oferece grandes vantagens. Como visto anteriormente, as produções podem ser manipuladas de acordo com os períodos de luz e de escuro, fazendo com que respondam a estímulos luminosos específicos. As lâmpadas emitem radiação em diversos comprimentos de onda, entretanto as plantas não devem entrar em contacto com todos os espectros/ cores com a mesma periodicidade, mesma quantidade de tempo, ou mesma intensidade. As plantas precisam de diferentes intensidades e que os períodos de cada cor sejam específicos, portanto a luz solar natural que é a única fonte que fornece um espectro completo de cores, sendo esta portanto, a melhor iluminação para plantas. Entretanto, em alguns locais ou em climas com pouca luz , isso pode ser difícil de alcançar e o uso de fontes de iluminação artificial para complementar ou substituir totalmente a luz solar, deve levar em consideração as necessidades específicas de cada espécie vegetal para que seu desenvolvimento ocorra plenamente. Ao contrário da luz solar, que não pode ser alterada, as fontes artificiais permitem algumas vantagens como, por exemplo, o seu acionamento e desligamento programado, bem como a simulação das estações do ano. Para a utilização das fontes é importante observar características como, a radiação emitida ou a cor, a intensidade e a duração. De acordo com Larcher (2000), as plantas necessitam em média de sete a dez horas diárias de luz natural, enquanto que para uma fonte artificial, serão necessárias ao menos doze horas diárias e possivelmente mais, dependendo da espécie de planta e do tipo de luz. Diferentes tipos de lâmpadas podem oferecer diferentes espectros de cor, e o uso combinado de variadas fontes pode ajudar a garantir que as plantas obtenham o espectro completo de iluminação que precisam para crescer. Dentre as inúmeras tipologias existentes no mercado, as fontes mais usadas e também mais comuns são as lâmpadas fluorescentes, incandescentes e diodo emissor de luz – LED. As principais características são: ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 Lâmpadas Fluorescentes São lâmpadas que possuem alta eficiência e baixo consumo, emitem em maior parte, radiação no comprimento de onda na faixa do espectro azul, um pouco do verde e amarelo e pouquíssima radiação do espectro vermelho. Luz no comprimento do azul é necessária para que a planta atinja a maturidade e também auxilia no crescimento das folhas entretanto, se uma planta for cultivada apenas com luz azul, muito provavelmente serão volumosas e terá a floração inibida. Para o uso interno e não técnico (o que exige conhecimentos mais específicos) em um ambiente, é aconselhável que a fonte esteja a aproximadamente vinte ou trinta centímetros sobre as plantas. Figura 6 – Espectro de absorção para lâmpadas fluorescentes Fonte: www.neon-lighting.com Lâmpadas Incandescentes São lâmpadas antigas, de alto consumo elétrico e possuem baixíssima eficiência, pois apenas 5% da energia consumida é transformada em luze o restante é transformado em calor radiação infravermelha. Emitem altas concentrações radiação do espectro vermelho. Esse comprimento de onda não contribui de maneira efetiva para o crescimento, embora seja de extrema e fundamental importância para a floração e frutificação. Caso a incidência nas plantas seja apenas desse tipo de radiação, o esperado é que cresçam altas, porém espaçadas. Fontes desse tipo normalmente geram mais calor que luz, por essa razão devem ser manipulas adequadamente, de maneira que não ofereçam riscos de queimar a planta. Em ambientes internos, a fonte deve estar a aproximadamente 60 centímetros. ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 Figura 7 – Espectro de absorção para lâmpadas incandescentes Fonte: www.neon-lighting.com Diodo emissor de luz - LED O uso de LED (diodo que quando energizado emite luz visível) é uma das opções mais atrativas quanto a novas tecnologias e a sustentabilidade, pois são altamente eficientes e apresentam uma vida extremamente longa. São lâmpadas de alta intensidade e baixa geração de calor, o que permite uma maior intensidade na fotossíntese, e dessa forma o seu uso pode ser reduzido a determinadas etapas do desenvolvimento da planta e não durante o ciclo completo. Não emitem radiação ultravioleta e infravermelha, entretanto, emitem radiação em comprimento de onda monocromático o que faz com que as cores se tornem vivas e saturadas. Os LEDs coloridos dispensam a utilização de filtros que causam perda de intensidade e provocam uma alteração na cor. Há também possibilidade do controle dinâmico da cor, o que permite a escolha correta da emissão de luz na cor desejada. Figura 8 – Espectro de absorção para LED’s Fonte: www.reefforum.net 3. Metodologia A metodologia de pesquisa desse artigo tem por fundamento a observação, demonstração e análise comparativa dos resultados de um experimento botânico, no qual sete exemplares da mesma espécie foram submetidos às mesmas condições climáticas, porém sob tipologias luminotécnicas diferentes. Elaborou-se a hipótese de que radiações de comprimento de onda semelhantes, mesmo que de fontes diferentes, resultariam no desenvolvimento similar dos exemplares. No caso, analisar as respostas de todas as amostras de maneira global mas também fazer a conexão entre lâmpada fluorescente e luz azul - comprimento de onda predominantemente na faixa dos violetas e azuis, bem como a conexão entre lâmpada incandescente e luz vermelha - comprimento de onda predominantemente na faixa dos laranjas e vermelhos. O experimento foi realizado na cidade de São Paulo, no período entre os dias 22/01/13 e 05/02/13. Foram utilizadas sete amostras que continham várias sementes de Phalaris Canariensis, mais comumente conhecido como alpiste (Figura 9). ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 Figura 9 – Amostra com sementes de alpiste Fonte: O autor (2013) Inicialmente, foram feitas cinco caixas, com aberturas para ventilação e cada caixa foi fechada na parte superior por folhas duplas de plástico celofane nas seguintes cores: transparente, amarelo, azul, vermelho e verde (Figura 10). As amostram foram colocadas por duas horas imersas em água e em seguida, cada uma foi colocada em uma das caixas, que foram dispostas separadamente. Figura 10 – Caixas com fechamento em celofanes coloridos Fonte: O autor (2013) As outras duas amostras foram colocadas separadas, em ambientes semelhantes; para cada ambiente um tipo de lâmpada (a fonte a 60 cm de altura das amostras): em um ambiente foi instalada uma fluorescente 15W/127V, Philips e no outro ambiente, uma incandescente 60W/127V , Philips. Durante quinze dias, no mesmo horário – às 19:00, as amostras foram medidas com o auxílio de um escalímetro e fotografadas no mesmo local. Seguem algumas constatações (tabela completa e gráficos no anexo): Todas as amostras iniciaram a brotação no dia 24/01/13, após dois dias do início com intervalos de algumas horas e no momento da coleta de dados, a relação número de brotos x cor/lâmpada era: 24 brotos para a caixa transparente, 4 para a caixa amarela, 14 para a caixa azul, 17 para caixa vermelha, 10 para a caixa verde, 11 para lâmpada fluorescente e 8 para lâmpada incandescente; ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 Todos os brotos de todas as caixas nasceram perpendiculares, com exceção da amostra da caixa vermelha, em que os brotos estavam inclinados para frente - direção da luz (Figura 11). Figura 11 – Amostra brotos perpendiculares x brotos inclinados Fonte: O autor (2013) Ao quarto dia todas as amostras já apresentavam hastes, mas apenas na amostra da caixa transparente havia o inicio da folhagem verde (Figura 12); Figura 12 – Amostra brotos com início das hastes Fonte: O autor (2013) Ao quinto dia, deu-se o inicio da folhagem nas amostras amarela, azul e verde; Ao sexto dia, na amostra vermelha e apenas no sétimo dia, nas lâmpadas fluorescente e incandescente; De acordo com o Gráfico 01(Anexo), a amostra que obteve maior desempenho quanto ao crescimento, foi a iluminada pela lâmpada incandescente seguida pela caixa transparente - alcançaram 15,5cm e 15.3 cm respectivamente. De acordo com o Gráfico 02 (Anexo), a amostra que obteve maior desempenho quanto a população, ou seja, a quantidade de brotos/folhas foi a iluminada pela lâmpada ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 incandescente seguida pela caixa transparente - alcançaram 90% e 85% respectivamente. Ao analisar fontes diferentes, porém com comprimentos de ondas similares, para lâmpada fluorescente versus celofane azul, constatou-se o crescimento da amostra sob a lâmpada foi 4% maior do que a que estava na caixa; quanto à sua população, a diferença se manteve maior para a lâmpada, com uma porcentagem de 24% superior; Já para a lâmpada incandescente versus celofane vermelho, constatou-se que o crescimento da amostra da lâmpada foi 10% maior que o da amostra que estava na caixa de celofane enquanto que para a taxa de população a diferença foi de 28%. Comparativo por Crescimento azul Fluorescente Comparativo por Crescimento vermelho 45% 48% 52% Comparativo por população azul Incandescente Fluorescente 55% Comparativo por população vermelho Incandescente 36% 38% 62% 64% Figura 13 – Comparativos entre comprimentos de onda similares Fonte: O autor (2013) Após a observação ficou clara a diferença entre o desenvolvimento das amostras, no ritmo em que brotaram, a quantidade de brotos e o tempo que demoraram até começarem a surgir as primeiras folhagens. Quando se faz a comparação entre a amostra que ficou sob a iluminação da lâmpada incandescente e a amostra do celofane transparente, verifica-se uma diferença mínima nas respostas alcançadas. Ao tomar como referência as informações contidas neste artigo, a amostra que, teoricamente, deveria ter o melhor desempenho seria a da caixa de celofane transparente, uma vez que suas condições propiciavam a incidência da luz solar, que é a mais completa quanto ao espectro, e não a amostra da lâmpada incandescente, como ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - 6ª Edição nº 006 Vol.01/2013 –dezembro/2013 Luz para plantas Dezembro/2013 constatado. Quanto ao comparativo feito entre fontes artificiais e celofanes correspondentes, era esperado que, diante de fontes diferentes, mas que irradiam comprimentos de onda semelhantes, as respostas não atingissem uma porcentagem tão grande de diferença. 4. Conclusão De acordo com os resultados obtidos pelo experimento botânico, houve nitidamente, diferenças no desenvolvimento de cada amostra. O uso da luz solar com filtros ( celofanes) e também de fontes artificiais, promoveram o crescimento em altura e volume de forma bastantes diferenciada, comprovando a real interferência que exercem nas plantas. O uso de espectros isolados pode ter sido o responsável pelas disparidades constatadas, visto que era esperada a linearidade do crescimento de fontes distintas porém de comprimento de onda semelhantes, o que de fato não ocorreu. A manipulação de fontes luminosas, sejam artificiais ou a natural, podem trazer inúmeros benefícios à produção, que se torna monitorada, bem como ao mercado, que pode se programar para atender maiores demandas. O conhecimento técnico na área de iluminação aliado a informações quanto às especificidades de cada planta, traz a possibilidade do uso conjunto de fontes distintas. O ideal é que se utilize as fontes de maneira integrada, o que certamente irá oferecer as plantas um espectro completo e equilibrado. Referências BECKMANN, M. 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