Coordonator științific: Absolvent: Lector univ. dr. PREDAN MATEI CONSTANTINESCU GENȚIANA MIHAELA IULIA BUCUREȘTI 2020 UNIVERSITATEA DIN BUCUREȘTI… [610820]

Licență

Coordonator științific: Absolvent: Lector univ. dr. PREDAN MATEI CONSTANTINESCU GENȚIANA MIHAELA IULIA BUCUREȘTI 2020 UNIVERSITATEA DIN BUCUREȘTI… [610820]

Byadmin ianuarie 1, 2024

UNIVERSITATEA DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA DE BIOLOGIE
LUCRARE DE LICENȚĂ
Coordonator științific: Absolvent: [anonimizat]
2020

UNIVERSITATEA DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA DE BIOLOGIE
Influența variației distribuției
spectrale a luminii asupra
germinației, creșterii și dezvoltării la
Solanum lycopersicum L.
Coordonator științific: Absolvent: [anonimizat]
2020

1CUPRINS
INTRODUCERE �� 1
CAPITOLUL I – Influența luminii asupra plantelor ��2
1. Aspecte generale legate de lumină �� 3
2. Metode de cuantificare a luminii �� 5
3. Fotosinteza �� 7
4. Răspunsul expunerii la diferite compoziții spectrale �� 11
4.1 Fitocromul și expunerea la lumină roșie și de roșu îndepărtat �� 12
4.2 Răspunsul la lumină albastră �� 15
4.3 Răspunsul la lumină ultravioletă �� 19
4.4 Utilizarea luminii verzi �� 21
5. Ritmuri circadiene �� 22
CAPITOLUL II – Exploatarea caracteristicilor de interes și considerentele ecologice aferente ��27
1. Impactul agriculturii asupra mediului �� 28
2. Șapte dimensiuni ale luminii în iluminarea controlată �� 30
2.1 Intensitatea luminoasă �� 31
2.2 Calitatea luminii �� 32
2.3 Tipare de iluminare �� 32
2.4 Uniformitatea iluminării �� 34
2.5 Direcția luminii �� 36
2.6 Polarizarea luminii �� 37
2.7 Coerența luminii �� 37
3. Exemple de caracteristici de interes exploatabile prin iluminare controlată �� 38
CAPITOLUL III – Materiale și metode de lucru �� 40
4. Materiale �� 41
5. Metode de lucru �� 44
CAPITOLUL IV – Rezultate și Discuții �� 47
Experimentul 1 – Germinație �� 47
Experimentul 2 – Dezvoltare �� 50
Experimentul 3 – Iradiere cu UV-A �� 50
CONCLUZII�� 50
BIBLIOGRAFIE �� 51

2INTRODUCERE
Luând în considerare tendința de creștere a populației existente pe glob, putem observa
cu ușurință că una din cele mai importante și mai profitabile industrii este cea agrară. O mare
parte din alimentele de larg consum provin din această industrie, însă ea nu se oprește aici.
Din agricultură sunt obținute materii prime esențiale pentru industria farmaceutică, cosmetică,
textilă, a produselor de lux și multe altele, care odată cu creșterea nivelului de trai din întreaga
lume sunt din ce în ce mai solicitate.
Agricultura a reprezentat încă din vremuri străvechi o activitate de interes, cu semne ale
începuturilor acesteia datate încă din perioada Paleolitică (10 000 BCE) (Janick, 2002) și care,
de-a lungul timpului, a observat tot mai multe îmbunătățiri: exploatarea ciclurilor sezoniere,
utilizarea îngrășămintelor, combaterea dăunătorilor și, cea mai modernă dintre toate acestea:
automatizarea.
Automatizarea agriculturii reprezintă cheia creșterii exponențiale a eficienței acesteia.
Există mai multe aspecte în care automatizarea are, sau ar putea avea loc: irigații, logistică de
plantare și recoltare, asigurarea de nutrienți, controlul compoziției aerului în medii controlate,
iluminare, polenizate și multe altele.
Dintre toate acestea, iluminarea nu a primit atenția bine-meritată o lungă perioadă de vre-
me mai ales din cauza limitărilor tehnologice ale vremii, fiind însă clară legătura dintre crește-
rea intensității luminoase și sporirea producției. (Marcelis și colab., 2006) De asemenea, primul
cercetător care a testat posibilitatea realizării procesului de fotosinteză sub lumină artificială,
utilizând lămpi pe bază de kerosen a fost Andrei Famintsyn, încă din anul 1866. (Saffo, 1996).
O bună explicație pentru acest fenomen ar putea fi faptul că iluminarea naturală se bazează pe
o sursă de lumină care nu este numai de o foarte bună calitate și intensitate, dar are și o foarte
bună „relație” cu organismele terestre care au evoluat în milioane de ani în concordanță cu stră-
lucirea acesteia. Discutăm bineînțeles despre Soare.
Deși este o sursă foarte de încredere de lumină, intensitatea și programul variază și nu
pot fi reglate. De asemenea, distribuția spectrală a luminii nu poate fi reglată cu ușurință. Din
aceste considerente, în această lucrare ne propunem, ca obiectiv principal, abordarea unei serii
de aspecte care pot fi îmbunătățite prin iluminarea controlată care, odată cu avansul tehnologic,
permit crearea de condiții chiar mai favorabile decât cele naturale.

3Eficiența este desigur cel mai important aspect al acestei practici. Pe lângă asta nu trebuie
uitat un aspect la fel de important: exploatarea caracteristicilor de interes cu ajutorul iluminării
controlate. Expunerea controlată la diferite intensități, lungimi de undă și cicluri de lumină duce
la un control exact al anumitor caracteristici de interes pentru industrie. Spre exemplu, bombar –
darea plantelor erbacee cu lumină infraroșie declanșează un mecanism de elongație a tulpinii
(Gates și colab., 1965), mecanism utilizat de plantele mici de statură care nu au destulă lumină,
fiind obstrucționată de foliajul plantelor mai înalte din jur. Acest mecanism natural poate fi, spre
exemplu, exploatat pentru a obține fibre mai lungi în producția de cânepă ( Cannabis sativa L.)
Scopul acestei lucrări este de a evidenția beneficiile utilizării variației compoziției spec-
trale a luminii asupra germinației, creșterii și dezvoltării la Solanum lycopersicum L., idei pe
care le vom însoți cu mai multe date experimentale.
Subordonate scopului descris mai sus, există o serie de obiective ale acestei lucrări:
• În primul rând vom prezenta diferitele metode prin care dezvoltarea naturală a plantelor
poate fi ajustată cu ajutorul variației compoziției spectrale a luminii la care sunt expuse.
Deschizând astfel posibilitatea de a ținti anumite caracteristici de interes;
• V om descrie câteva aspecte morfologice: cotiledoane, protofile și nomofile prezente la plan-
tele de Solanum lycopersicum L., după expunerea la diferite combinații spectrale ale luminii
(pentru aprecierea procesului e dezvoltare);
• V om evidenția de asemenea câțiva parametrii fiziologici precum: energia și facultatea ger –
minativă (pentru aprecierea procesului de germinație), lungimea tulpinii, grosimea tulpinii,
numărul de frunze și suprafața foliară (pentru a aprecia procesul de creștere);
• În final vom prezenta rezultatele și concluziile aferente mai multor experimente, pentru a
putea susține mai clar și mai riguros afirmațiile de mai sus.

4CAPITOLUL I – INFLUENȚA LUMINII ASUPRA
PLANTELOR
„Și a zis Dumnezeu: Să fie lumină! Și a fost lumină. | Și a văzut Dumnezeu că este bună
lumina, și a despărțit Dumnezeu lumina de întuneric. | Lumina a numit-o Dumnezeu ziuă, iar
întunericul l-a numit noapte. Și a fost seară și a fost dimineață: ziua întâi.” (Geneza 1:3-5).
Lumina a fost percepută încă de la începuturile timpurilor cu divinitatea, cu binele, o sursă de
energie dar și de spiritualitate. Deși nu exista o bază teoretică în spatele acestei credințe, lumina
a fost mereu asociată cu viața, o componentă instinctivă foarte interesantă luând în considerare
importanța luminii pentru marea majoritate a organismelor de pe Terra.
Lumina este cel mai important factor prezent în ciclul de viată al tuturor organismelor
fotosintetizante. Este, bineînțeles, sursa principală de energie a acestora, fără de care viața or –
ganismelor clasate în regnul Plantae nu ar putea exista. Pe lângă această utilizare a energiei
luminoase, plantele folosesc stimulii luminoși pentru mai multe procese care țin de interacțiu –
nea cu mediul, fapt care face lumina atât o sursă de energie, cât și un bun ghid al plantei pentru
dezvoltarea optimă în mediul în care se află.
În acest capitol vom descrie diferiții factori influențați de stimulii luminoși, pe parcursul
unui întreg ciclu de viață al unei plante, la modul general, urmând ca în cadrul unui capitol ulte –
rior să intrăm mai în detaliu față de anumite caracteristici de interes, la anumite specii de plante.
I.1. ASPECTE GENERALE LEGATE DE LUMINĂ
Pentru a înțelege procesul de fotosinteză, trebuie explicate mai întâi câteva concepte ge-
nerale legate de lumină. V om intra puțin în detaliu față de ce este fasciculul luminos și, de
asemenea, vom aduce în discuție metode de diferențiere din punct de vedere calitativ al con-
ceptului intitulat „lumină”.
În primul rând, trebuie menționat conceptul dualismului undă-corpuscul al fasciculelor de
lumină. Așadar, lumina prezintă proprietăți atât de undă cât și de particulă. O undă este caracte –
rizată de o lungime de undă, notată cu litera grecească (λ), care reprezintă distanța dintre două
oscilații și de frecvență, notată cu litera grecească (ν), care reprezintă numărul de oscilații pe
unitate de timp. O ecuație simplă arată relația dintre lungimea de undă și frecvență: ( 1)
(1) c = λν

5unde (c) reprezintă viteza undei – în cazul de față viteza luminii, egală cu 3.0 × 108 m/s. Unda
luminoasă este o undă electro-magnetica transversală, în care ambele câmpuri, cel electric și
cel magnetic, oscilează perpendicular atât pe direcția de propagare a cât și unul față de celălalt
(Fig.1). (Mccluney, 2015)
Lumina este de asemenea o particulă numită foton. Fiecare foton este încărcat cu o anu-
mită cantitate de energie numită cuantum. Așadar energia luminoasă nu este continuă, ci trans-
misă pe rând, sub formă de pachete, de fiecare dintre aceste cuante de lumină. Fiecare foton este
încărcat cu energie în funcție de frecvența undei luminoase de care aparține, conform relației
prezentate în legea lui Plank: ( 2)
(2) E = hν
unde h reprezintă constanta lui Plank (6.626 × 10–34 J s). (Taiz & Zeiger, 2010)
Ochiul uman este adaptat să observe unde electro-magnetice dintr-un anumit spectru.
Astfel, ceea ce numim culoare este de fapt modul în care percepe ochiul uman anumite lungimi
de undă electro-magnetică, după cum este reprezentat în (Fig.2). Astfel culoarea devine doar
o metodă de a explica în termeni perceptibili lungimea de undă și implicit frecvența unei unde
electromagnetice.Componenta
câmpului electric
Componenta
câmpului magneticDirecția de
propagare
Lungimea de undă (λ)
Fig.1: Diagramă ce ilustrează o undă electro magnetică transversală, în care ambele câmpuri sunt perpendiculare
unul pe celălalt și pe direcția de propagare a undei. (Taiz & Zeiger, 2010)

6Lumina este astfel un fascicul de pachete de energie, putând fi bineînțeles absorbită. Fi-
ecare substanță absoarbe o anumită parte din întregul spectru luminos. Lumina care nu este
utilizată este aruncată înapoi prin reflexie. Lumina neabsorbită este astfel ceea ce noi oamenii
numim culoarea unui obiect. Culoarea unei substanțe deci, poate fi exprimată printr-un așa-zis
spectru de absorbție al substanței respective. Un spectru de absorbție arată cantitatea de lumină
absorbită de o substanță sau moleculă, așadar poate fi văzută ca fiind o mult mai detaliată ex-
presie a culorii. (Taiz & Zeiger, 2010)
I�2� METODE DE CUANTIFICARE A LUMINII
În afară de calitatea luminii, caracterizată de proprietățile de undă, lumina mai este carac –
terizată și din punctul de vedere al cantității de energie a acesteia. Cantitatea luminii (sau inten –
sitatea) poate fi exprimată în mai multe feluri, în funcție de scopul cuantificării acesteia. Fără
a intra în detalii, putem observa două metode utilizate în cuantificarea radiometrică a luminii
emise: în wați – W (energie pe unitatea de timp) și în moli de lumină pe unitatea de timp, mai
exact număr de fotoni pe unitatea de timp. Ambele metode sunt utilizate în funcție de domeniul
de aplicație. Metoda de cuantificare a intensității luminoase utilizată în horticultură o vom pre-
zenta mai pe larg în capitolul al III-lea al lucrării.
Am menționat mai sus ideea cum că lumina este un concept, de asemenea este utilizat
termenul de cuantificare radiometrică. „Radiometria este un sistem de limbaj, matematică și 1024
raze γ raze x UV IR microunde Unde radio lungi
unde radioFM AM1022102010181016101410121010108106104102100
10-1610-1410-1210-1010-810-6
R O G VSpectrul vizibil
A I380
450
495
570
590
620
75010-410-2100102104106108ν (Hz)Creșterea frecvenței ( ν)
λ (m)
Creșterea lungimii de undă ( λ)
Fig.2: Spectrul electro-magnetic. Lungimea de undă (λ) și frecvența (ν) sunt invers proporționale. În centru este re-
prezentat spectrul vizibil de la aproximativ 380 nm (violet) până la aproximativ 750 nm (roșu). (Anpo et al., 2018)

7aparatură utilizat pentru a descrie și a măsura propagarea radiației electromagnetice incluzând
efectele asupra acelei radiații de reflexie, refracție, absorbție, transmisie și dispersie de anumite
materiale în stare solidă, lichidă sau gazoasă.” (Mccluney, 2015)
Pe de cealaltă parte, oamenii percep radiația electromagnetică sub formă de lumină, sau
mai exact o parte a spectrului radiației electromagnetice. Pentru a cuantifica intensitatea lumi –
noasă percepută de oameni, a fost inventat sistemul fotometric, „[…] un sistem folosit în același
scop (ca cel radiometric), dar atunci când radiația este detectată de ochiul uman […]” (Mcclu-
ney, 2015).
Sensibilitatea vizuală pentru radiația electromagnetică variază în valori ale lungimii de
undă între aproximativ 380 nm și 780 nm. (Proykova și colab., 2018) De asemenea cele două
tipuri de celule fotosensibile de pe retina umană au un maxim de eficiență la lungimi de undă
diferite: 507 nm pentru vederea scotopică (vederea de întuneric, acromatică asigurată de celu-
lele cu bastonaș) și 555 nm pentru vederea fotopică (vederea diurnă, asigurată de celulele cu
con). (Fotios, 2013) (Fig.3) În funcție de valoarea lungimii de undă a radiației electromagnetice
percepute în vederea diurnă, a fost întocmit sistemul fotometric de calcul a intensității luminii și
aferent și mai multe unități de măsură specifice sistemului. Unitatea de bază care caracterizează
intensitatea luminoasă fotometrică în Sistem Internațional este candela (cd)
În urma mai multor schimbări, cea de-a 26-a Conferință a Greutăților și Măsurătorilor
(CGPM), a redefinit candela în 2018: „Candela este intensitatea luminoasă, într-o direcție dată,
a unei surse care emite o radiație monocromatică cu frecvența de 540×1012 hertzi și a cărei
intensitate energetică, în această direcție este de 1/683 dintr-un watt pe steradian.”
Așadar lumina percepută ca fiind mai intensă de către ochiul uman depinde de compozi –
ția ei spectrală, neavând legătură cu cantitatea reală de energie pe care o transportă. Legătura
dintre cantitatea reală de energie (radiometrică) și cea percepută de ochiul uman (fotometrică)
fiind calculată conform graficului din Fig.3. De aceea, pentru a determina corect cantitatea de
energie pe care plantele o primesc trebuie discutat de măsurători radiometrice riguroase.

8I�3� FOTOSINTEZA
O bună parte din organismele de pe Terra se bazează pe energie derivată din lumina sola-
ră, iar fotosinteza (prezentă în toate organismele clasate în regnul Plantae, cât și unele clasate în
regnul Protista) este singurul proces capabil să recolteze această forma de ener gie.
Așa cum este notat în (Taiz & Zeiger, 2010): „Energia luminoasă este utilizată de organis-
mele fotosintetizante pentru a sintetiza compuși organici care se formează în prezența luminii.
Mai specific, lumina catalizează formarea de glucoză (un carbohidrat) din dioxid de carbon și
apă, cu generare de oxigen. (3) Energia stocată în aceste molecule poate fi utilizată ulterior în
procesele celulare ale plantei și poate servi ca sursă de energie pentru toate formele de viată de
pe Terra”
(3)Lungimea de undă (nm)Eficiența spectrală luminoasă
40000.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0
450 500 550 600 650 700507nm 555nm
funcția V(λ) funcția V’(λ)
6 CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6 O2
Dioxid de Apă Carbohidrat Oxigen
carbonFig.3: Grafic ce reprezintă eficiența cu care ochiul uman percepe lumina în cele două tipuri de percepție: scotopică
(albastru) și fotopică (verde), folosind in procentaj al eficienței în funcție de lungimea de undă. Se observă o di-
ferență între vederea de zi și cea de noapte în percepția luminii precum și o mare diferență de percepție în funcție
de lungimea de undă a radiației, vederea scotopică având o eficiență maximă la 507 nm spre deosebire de cea
fotopică, care are o eficiență maximă la 555 nm.

9Cel mai activ țesut, din punctul de vedere al procesului de fotosinteză, din cadrul
plantelor superioare este mezofilul, țesutul prezent sub tegumentul foliar sau caulinar la
plantelor, care conține majoritatea cloroplastelor. Cloroplastele sunt celulele care conțin
pigmenții clorofilieni necesari procesului de fotosinteză. Multitudinea de procese care cul-
minează în reducerea de CO2 includ reacțiile din interiorul ticaloidelor (pliurile membra-
nei interne din cadrul cloroplastelor) și cele de fixare a carbonului. Reacțiile ticaloidiene
produc compuși de mare intensitate energetică precum ATP și NADPH, care sunt ulterior
utilizate pentru producerea zaharurilor prin reacțiile de fixare a carbonului. (Taiz & Zeiger,
2010)
În cloroplaste sunt energia luminoasă este transformată în energie chimică cu ajutorul a
două unități funcționale diferite numite foto-sisteme. Energia absorbită este utilizată pentru a
transfera electroni printr-o serie de compuși care acționează ca donatori sau acceptori. Majori-
tatea electronilor în final reduc NADP+ în NAPDH și oxidează H2O în O2. Energia luminii este
utilizată de asemenea pentru a crea diferență de potențial în membrana ticaloidelor, generând
ATP. (Taiz & Zeiger, 2010)
Pentru a putea fi utilizată, energia luminoasă trebuie mai întâi colectată. După cum am
explicat în capitolul anterior, fiecare substanță absoarbe lumină de diferite lungimi de undă,
caracterizată de culoarea acesteia. Clorofila este un pigment clorofilian de culoare verde, ceea
ce înseamnă că absoarbe marea majoritate a luminii din spectrul roșu și albastru și reflectă lu-
mina din spectrul culorii verzi, după cum se poate observa în spectrul de absorbție al clorofilei
reprezentat în Fig.4.
În momentul în care o moleculă absoarbe sau emite lumină ea își schimbă starea electro –
nică. Astfel, în momentul în care clorofila se încarcă cu energie din lumina de lungimi de undă
potrivite, aceasta face tranziția din starea electronică stabilă în cea excitată.
Starea excitată in care se află molecula de clorofilă când absoarbe lumină albastră, este
mai mare decât în cazul absorbției de lumină roșie, deoarece fotonii din lumina albastră sunt
caracterizați de lungimi de undă mai mici, deci implicit de mai multă energie. În această stare
de excitare ridicată clorofila este foarte instabilă, iar energia este disipată sub formă de căldură
pentru a ajunge la o stare de excitare scăzută, caracteristică încărcării cu lumină roșie, proces
explicat în Fig.5. (Taiz & Zeiger, 2010) Din această stare de excitare scăzută clorofila transferă
energia în patru posibile direcții:

10• Molecula de clorofilă excitată poate re-emite fotoni, ajungând astfel înapoi in stare neexci –
tată, proces numit fluorescență. Fotonii emiși prin fluorescență sunt de obicei încărcați cu o
energie mai slabă decât cea originală, deoarece o parte se pierde prin căldură, fluorescența
clorofilei fiind undeva în spectrul ce caracterizează lumina roșie și infraroșie.
• Molecula de clorofilă excitată se poate întoarce la starea neexcitată prin transformarea între –
gii cantități de energie în căldură, fără a emite lumină.
• Clorofila poate participa în transferul de energie de la o moleculă la alta.
• A patra posibilitate este alimentarea cu energie a proceselor fotochimice. Procesele fotochi-
mice prezente în fotosinteză sunt printre cele mai rapide procese chimice cunoscute. Această
viteză fiind necesară pentru a concura cu celelalte trei posibile direcții ale utilizării energiei
de către molecula excitată de clorofilă.Lungimea de undă (λ)
Spectrul vizibilIradiere (Wm-2nm-1)
4000,51,01,52,0
800 1200 1600 2000Emisia solară
Energia la nivelul solului
Absorbția colorofilei
Fig.4: Spectrul solar și relația acestuia cu spectrul de absorbție a clorofilei. Curba neagră reprezintă energia emisă
de către soare, exprimată în W/m2nm, în funcție de lungimea de undă în nm. Curba roșie reprezintă energia care
lovește scoarța pământului, iar curba verde reprezintă spectrul de absorbție al clorofilei care absoarbe puternic
lumină din spectrul ce caracterizează culoarea albastră (lungimi de undă din jurul valorii de 430 nm) și lumină din
spectrul ce caracterizează culoarea roșie (lungimi de undă din jurul valorii de 660 nm). Deoarece porțiunea spec-
trului care caracterizează culoarea verde (lungimi de undă din jurul valorii de 5500 nm) nu este absorbită la fel de
eficient, aceasta este reflectată, dând plantelor culoarea caracteristică. (T aiz & Zeiger, 2010)

11Energia solară este absorbită de pigmenți fotosintetici care o transferă mai departe către
procesele fotochimice. Clorofila a este principalul pigment utilizat de către plante, aceasta func-
ționând simultan cu pigmenți accesori precum clorofila b la plantele superioare sau clorofila c
și d la alge, protiste și cianobacterii. Alți pigmenți accesori sunt pigmenții carotenoizi găsiți în
toate organismele fotosintetizatoare, ce absorb lumină de lungimi de undă între 400 și 500 nm,
de unde și culoarea orange a acestora. Bacteriofila este de asemenea un pigment fotosintetic
găsit în bacteriile fotosintetizatoare. (Taiz & Zeiger, 2010)
Toți acești pigmenți sunt deci găsiți în diferite combinații pentru a se realiza fotosinteza. În
Fig. 6 putem observa că fiecare asemenea pigment absoarbe o anumită parte a spectrului luminos.
De-a lungul timpului diferitele organisme fotosintetizatoare au dezvoltat pigmenți specifici care au
contribuit la adaptarea acestora la diferitele condiții de lumină (Kunugi, 2016). Astfel putem afirma
că plantele superioare (Regnul Plantae sensu strictissimo) folosesc o așa-zisă „nișă” de lumină (din
punctul de vedere al compoziției spectrale a acesteia) pentru a realiza procesul de fotosinteză.Albastru(B) (A)
Roșu
FluorescențăAbsorbțieStare înaltă de excitareLungimea de undă (λ)
800
900700600500400
Starea de excitare
cea mai scăzutăPierdere de căldurăAbsorbția luminii albastreEnergie
Cea mai joasă stare energetică
Absorbția
luminii roșiiFluorescență
(pierderea de energie
prin emisie de lumină
cu lungime de undă
mai mare)
Fig.5: Absorbția și emisia de lumină a clorofilei. (A) Diagrama nivelului de energie în diferitele stări de excitare a
moleculei de clorofilă. Absorbția și emiterea de lumină este reprezentate de săgeți verticale între starea neexcitată
și starea excitată a moleculelor de clorofilă care absorb fotoni albaștri si respectiv roșii (săgețile orientate în sus)
sau emit lumină (săgeata orientată în jos). (B) spectrul de absorbție (linie continuă) și emitere (linie punctată) al
luminii în funcție de starea electronică a moleculelor de clorofilă: lumina albastră absorbită corespunde cu o stare
de excitare ridicată care trece în starea de excitare scăzută prin disiparea căldurii și lumina roșie absorbită care
corespunde cu starea scăzută de excitare a moleculelor de clorofilă. Din starea scăzută de excitare, moleculele de
clorofilă pot emite lumină caracterizată de spectrul descris de linia punctată a graficului. (T aiz & Zeiger, 2010)

12I.4. RĂSPUNSUL EXPUNERII LA DIFERITE COMPOZIȚII SPECTRALE
Pe lângă acțiunea luminii de a cataliza procesele fotochimice din interiorul cloroplastelor,
plantele au nevoie de o anumită reziliență la diferitele condiții de mediu influențate de repartizarea
neuniformă a luminii care ajunge la acestea. Bineînțeles reacția față de lumină este asigurată de
prezența unei multitudini de pigmenți specializați. Există mai mulți pigmenți care promovează răs-
punsuri foto-morfogenice în plante, cei mai importanți fiind cei sensibili la lumină albastră și roșie.
(Taiz & Zeiger, 2010) În acest capitol vom menționa importanța mai multor asemenea pigmenți cum
este fitocromul, un pigment sensibil la lumină roșie și de roșu-îndepărtat în cea mai mare parte, dar
și la lumină albastră, vom explica răspunsurile specifice expunerii la lumină albastră și vom aduce
în discuție expunerea la lumină ultravioletă precum și importanța trecută cu vederea a luminii verzi.
I.4.1 FITOCROMUL ȘI EXPUNEREA LA LUMINĂ ROȘIE ȘI DE ROȘU ÎNDEPĂRTAT
Fitocromul este un pigment proteic de culoare albastră. proprietățile biologice ale acestu-
ia au fost observate prin studiul comportamental al plantelor, însă care nu a putut fi recunoscut Lungimea de undă (nm)
Spectrul vizibil InfraroșuAbsorbție
400 500 600 700 800123
4
5
Fig.6: Spectrul de absorbție găsit la diferiți pigmenți clorofilieni. (1) Bacteriofilă a, (2) Clorofilă a, (3) Clorofilă b,
(4) Ficoeritrobilină, (5) β-Caroten. (Taiz & Zeiger, 2010)

13ca o substanță de sine stătătoare până în anul 1959, în mare parte din cauza dificultăților de a
izola proteina. Una dintre descoperirile cheie o constituie observația că efectele vegetative a
luminii roșii (650-680 nm) puteau fi inhibate prin iradierea cu lumină de roșu-îndepărtat (710-
740 nm). (Taiz & Zeiger, 2010)
Pentru a continua această explicație vom da un exemplu practic, foarte ușor de observat
în natură: Germinația și dezvoltarea plantelor superioare în lipsa luminii. Plantulele angios-
permelor crescute în întuneric sunt lipsite de clorofilă, fiind numite plante etiolate. (Burgess,
1985) (Fig.7). Procesul are loc pentru a permite plantulelor proaspăt germinate să își lungească
tulpina suficient încât să iasă la suprafață. Această capacitate de a inhiba producție de clorofilă
rămâne însă o proprietate specifică angiospermelor: gimnospermele, mușchii, ferigile și unele
alge fiind capabile să producă clorofilă în întuneric. (Burgess, 1985)
Ceea ce este interesant însă este faptul că după expunerea la lumină, plantulele lipsite de
clorofilă înverzesc la scurtă vreme, schimbările fiind aproape imediate la nivel molecular. După
doar câteva ore după expunerea la lumină, plantulele își scad rata de elongație a tulpinii, cârli –
gul apical se întărește și încep să producă pigmenți clorofilieni, după observațiile din (Taiz &
Zeiger, 2010) Acest proces se numește de-etiolare, sensibilitatea crescută a plantulelor față de
lumină fiind un aspect important deoarece procesul poate începe încă dinainte ca planta să iasă
de sub pământ. (Botto și colab., 1998)
Acest comportament rafinat după milioane de ani de evoluție este explicat prin capaci –
tatea fitocromului de a-și schimba structura în funcție de lumina la care este expus. În plante
etiolate fitocromul se află în forma sensibilă la lumină roșie, formă cunoscută ca Fa, observată
de ochiul uman ca fiind de culoare albastră. În momentul în care pigmentul absoarbe lumină
roșie acesta se transformă în forma sensibilă la lumină de roșu-îndepărtat, notată Fi, și observată
de ochiul uman ca fiind de culoare verde-albastră. (Taiz & Zeiger, 2010)
Fitocromul trece deci printr-un proces numit fotoreversibilitate, fiind capabil să treacă din
forma Fa în Fi după cum arată schema de mai jos ( 4):
(4)Lumină roșie
Lumină roșu înredpărtatFa Fi

14În momentul în care moleculele de Fa sunt expuse la lumină roșie, majoritatea acestora se
transformă în Fi, de asemenea, unele moleculele de Fi se transformă înapoi în Fa deoarece atât
Fa cât și Fi absorb lumină roșie (Fig.8). Astfel, proporția de fitocrom în forma Fi este de apro-
ximativ 85%, după saturația completă prin iradierea cu lumină roșie. În aceeași manieră, puțina
lumină de roșu-îndepărtat absorbită de forma Fa face imposibilă dispariția formei de Fi, fiind
păstrat un echilibru de 97% Fa și 3% Fi denumit stare de fotostaționaritate, prezentă în plantele
în stare etiolată. (Taiz & Zeiger, 2010)
Pe lângă absorbția luminii roșii și de roșu-îndepărtat, putem observa în Fig.7 că ambele
forme ale fitocromului absorb o anumită cantitate de lumină albastră. Astfel mici diferențe
în compoziția luminii albastre poate produce un răspuns transformând Fa în Fi și vice-versa.
Schimbări morfologice din cauza luminii albastre pot avea loc datorită altor pigmenți specia-
lizați despre care vom discuta într-un capitol ulterior. Este de asemenea important de mențio –
nat că tranziția fitocromului de la o formă la alta nu este un proces imediat, fiind create niște
așa-zise forme intermediare ale acestuia. Aceste forme intermediare pot bineînțeles juca un rol
în momentul iradierii cu întreg spectrul luminos însă această informație rămâne încă să fie des-
coperită, după cum notează (Taiz & Zeiger, 2010).Fig.7: Zea mays L. (Porumb) (A și B) și Phasoleus vul-
garis L. (fasole) (C și D). Semințele acestora au fost cres-
cute în lumină (A și C) și în întuneric (B și D). Etiolația
pentru porumb, o monocotiledonată, are ca efect lipsa
clorofilei, reducerea dimensiunii frunzelor, inhibarea
frunzelor de a se deschide și cel mai pregnant: elongația
anormală a mezocotilului și a coleoptilului. Fasolea, o
dicotiledonată, prezintă aproximativ aceleași simptome:
lipsa pigmenților clorofilieni, reducerea mărimii frunze-
lor și elongația hipocotilului. (Taiz & Zeiger, 2010)(A) Porumb crescut
la lumină
(C) Fasole crescută
la lumină(B) Porumb crescut
la întuneric
(D) Fasole crescută
la întuneric

15S-a ajuns la concluzia că Fi este forma activă a fitocromului din punct de vedere fizio-
logic. Deoarece răspunsurile generate de fitocrom sunt stimulate de lumina roșie, nu putea fi
determinat dacă se datorează din cauza creșterii în concentrație a Fi sau din cauza scăderii con-
centrației de Fa. Prin studiu experimental s-a observat că un răspuns este determinat de raportul
dintre Fi și Fa sau mai degrabă raportul dintre Fi și restul formelor de fitocrom prezente, luând
în considerare formele intermediare menționate mai sus. (Taiz & Zeiger, 2010)
Plantele nu sunt expuse mereu la întreaga putere solară, astfel putem observa momente
din zi sau situații în care raportul dintre lumina roșie și cea de roșu-îndepărtat va scădea dra-
matic, precum în momentele de apus și răsărit, la 5 mm în subsol sau în interiorul frunzișului.
Acest fenomen al creșterii rației de lumină de roșu-îndepărtat în interiorul frunzișului se întâm –
plă deoarece în timp ce lumina roșie este absorbită pentru fotosinteză, lumina de roșu-îndepărtat
și infra-roșie trece prin frunze, fiind astfel captată de fitocromul aflat în frunzișul inferior. Prin
acest mecanism plantele pot simți umbrirea de către alte plante din jur, declanșând elongația
tulpinii pentru a evita această situație. S-a observat că, cu cat planta este mai expusă la lumină
cu lungimi de undă mari, cu atât mai mult are loc și elongația caulinară. (Franklin, 2008)Lungimea de undă (nm)
Spectrul vizibil Infraroșu UltravioletAbsorbție
400 300 500 600 700Roșu
666
730
FiFaRoșu
îndepărtat
8001.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Fig.8: Spectrul de absorbție al fotocromului purificat, extras din ovăz, în formele Fa (curba verde) și Fi (curba
albastră). (Taiz & Zeiger, 2010)

16I.4.2 RĂSPUNSUL LA LUMINĂ ALBASTRĂ
După cum am explicat si în introducerea subcapitolului trecut, abilitatea plantei de a reac-
ționa la stimuli luminoși are două componente majore: răspunsul la lumină roșie și de roșu-în-
depărtat discutate anterior și răspunsul la lumină albastră. Sensibilitatea specifică la lumină
albastră a fost detectată atât în plantele superioare, cât și in alge, ferigi, fungi și procariote. (Taiz
& Zeiger, 2010) În capitolul ce urmează vom detalia influența luminii albastre asupra creșterii și
dezvoltării plantelor, cu referire bineînțeles la noțiunile discutate în capitolul anterior.
Cel mai familiar răspuns al plantelor la lumina albastră, și de asemenea cel mai ușor de observat
este fototropismul, abilitatea plantei de a crește în direcția radiației luminoase prezente, sau după cum
se spune comun: cresc „după lumină”. Pe lângă asta, plantele superioare răspund la lumina albastră și
în alte moduri precum inhibarea elongației caulinare și mișcări stomatice. (Taiz & Zeiger, 2010)
Spre deosebire de răspunsul la lumină roșie și de roșu-îndepărtat care se bazează pe rever –
sibilitatea fitocromului în cele două forme de bază ale acestuia, răspunsul la lumină albastră este
o problemă mai complexă. Atât pigmenții clorofilieni, cât și fitocromul absorb lumină albastră
(400-500 nm), iar alți cromofori și anume aminoacizi, precum triptofanul, absorb lumină ultra-
violetă (250-400 nm). Cum am putea identifica astfel un răspuns specific la lumină albastră?
În primul rând s-a observat că răspunsul la lumină albastră nu poate fi reprodus prin iradiere
cu lumină roșie sau de roșu-îndepărtat, fapt care conduce clar la concluzia că există un răspuns
specific la lumina albastră. (Taiz & Zeiger, 2010)
Un alt important factor care demonstrează existența unui răspuns specific la lumina albastră
este faptul că multe răspunsuri la lumină albastră prezente la plantele superioare prezintă același
spectru de acțiune. Un spectru de acțiune este în esență un grafic al magnitudinii răspunsului la lu-
mină realizat în funcție de lungimea de undă a luminii radiante. Comparând spectrul de absorbție
al fotoreceptorilor presupus responsabili acțiunii observate în experiment cu spectrul de acțiune
al răspunsului la lumina albastră s-a observat o puternică similitudine, indicând astfel că există
anumiți fotoreceptori specializați pe răspunsul la lumină albastră. (Taiz & Zeiger, 2010)
După cum am explicat în paragraful de mai sus, spectrul de acțiune observat prin iradierea
cu lumină albastră pentru fototropism, inhibarea elongației caulinare, mișcări stomatice și alte răs-
punsuri specifice contactului cu lumină albastră prezintă caracteristica structurii în formă de „trei
degete” (Fig.9) în regiunea dintre 400 și 500 nm, care nu este observat în spectrul de acțiune al
răspunsurilor la lumină mediate de fotosinteză, fitocrom sau alți fotoreceptori. (Taiz & Zeiger, 2010)

17Creșterea direcțională în direcția radiațiilor de lumină este numită fototropism. Acest fe-
nomen poate fi observat atât la plantele superioare, cât și la ferigi și fungi. În general pentru
experimentele utilizate în fototropism este folosită lumină unilaterală, însă fototropismul poate
fi observat și în cazul în care o plantulă este expusă la două surse de lumină, situația întâlnită des
în natură. (Fig.10) Este de menționat faptul că curbarea are loc doar în organele aflate în crește-
re, coleoptilele și plantulele care și-au oprit elongația nefiind afectate de lumina unilaterala. De-
oarece plantulele etiolate își continuă elongația caulinară până întâlnesc lumină roșie, au și un
răspuns accentuat după expunerea la lumină albastră unilaterală. (Fig.11) (Taiz & Zeiger, 2010)Lungimea de undă (nm)Regiunea albastră a spectruluiÎnclinația pe foton, relativ la 436 nm
340 300 320 380 420 480 500 360 400 440 4601,40
1,20
1,00
0,40,8
0,6
0,2
0
Fig.9: Spectrul de acțiune observat prin iradierea cu lumină albastră a coleoptilelor de ovăz. Se poate observa
forma caracteristică de „trei degete” a graficului în zona de 400-500 nm, realizat pentru răspunsul la expunerea la
lumină albastră. (Taiz & Zeiger, 2010)
Fig.10: Relația dintre creșterea direcțională și expunerea inegală la surse de lumină. Cotiledoanele unei plantule
sunt văzute de sus, iar săgețile arată direcția curburii fototropice. Diagramele arată cum direcția de creștere diferă
în funcție de locul și intensitatea sursei de lumină. (Taiz & Zeiger, 2010)Lumină unilaterală Iluminat bilateral inegal Două lumini egale
din lateralDouă lumini inegale
din lateralCotiledoaneDirecție de creștereSursă de lumină

18Fototropismul se explică prin modul în care lumina albastră trece prin țesuturile foliare.
S-a observat o diferență de aproape 4:1 între intensitatea luminii albastre (450 nm) de pe partea
luminată a frunzelor pe cea întunecată, explicându-se astfel simțul „direcției” luminii. (Taiz &
Zeiger, 2010)
Un alt răspuns important al plantelor la lumină albastră este inhibarea elongației cauli –
nare. Am elaborat în capitolul anterior modalitatea prin care în urma expunerii la lumină roșie,
raportul dintre cele două forme ale fitocromului se schimbă și astfel are loc inhibarea elongației
tulpinii. Pe de cealaltă parte, s-a observat experimental că plantele ținute sub lumină galbenă
(ceea ce asigură un raport stabil ale formelor de Fa și Fi caracteristici fitocromului), expuse la
lumină albastră (între 400 și 500 nm) prezintă o considerabilă schimbare a modului de crește-
re, cu o reducere de până la 50% a lungimii tulpinilor de Lactuca sativa L. (Salată) ținută în
condițiile de mai sus. O altă metodă de a diferenția răspunsul la lumină albastră cu cele legate
de fitocrom este prin perioada de timp în care răspunsul are loc. În timp ce fitocromul prezintă
un răspuns într-un interval de timp de 8 până la 90 de minute, fotoreceptorii sensibili la lumină
albastră prezintă un răspuns care poate fi măsurat în 15-30 de secunde. (T aiz & Zeiger, 2010)
Pe lângă cele descrise mai sus, lumina albastră reglează anumite mecanisme mai subtile
din organismele fotosintetice. Dintre acestea putem aminti reglarea expresiei genelor prin gene
activate prin lumină care reglează o multitudine de caracteristici ale organismului, stimularea
deschiderii stomatice, activează pompele de protoni din membrana celulelor din protoplast și de
asemenea reglează relațiile osmotice ale acestor celule. (Taiz & Zeiger, 2010)
Fig.11: Fotografie realizată din mai multe capturi a
unei coleoptile de porumb (Zea mays), la intervale de
timp de 30 de minute. Se observă cum unghiul de cur –
bură nu crește liniar în timp. (Taiz & Zeiger, 2010)

19I.4.3 RĂSPUNSUL LA LUMINĂ ULTRAVIOLETĂ
Lumina ultravioletă are mai multe implicații în agricultura controlată prin considerente
atât ecologice cât și care țin de fiziologia plantelor. Lumina solară conține un spectru foarte
larg de lumină după cum am explicat în primul capitol al acestei lucrări (Fig.3), așadar lumina
ultravioletă joacă un rol important în mecanismele dezvoltate în jurul acesteia după milioane
de ani de evoluție.
Razele de lumină ultravioletă sunt încărcate cu cantități mari de energie care, pentru ma-
joritatea organismelor de pe Terra, reprezintă un pericol. Din cauza încărcării mari cu energie
acestea nu sunt absorbite cu ușurință și trec prin țesuturi, provocând daune în mai multe feluri
precum: distrugerea directă a ADN-ului la nivel molecular, distrugerea membranei celulare
sau a altor componente de structură și generarea unor substanțe chimice foarte reactive numite
„radicali liberi. (Singh și colab., 2006) Pentru a combate aceste efecte negative multe organis-
me au dezvoltat diferite mecanisme de apărare precum pigmentarea pielii umane (Jablonski &
Chaplin, 2010), dar și mecanisme de utilizare a acesteia precum fotosensibilitatea oculară la
lumina ultravioletă observată la mai multe mamifere. (Douglas & Jef fery, 2014)
După cum este notat în (Gupta și colab., 2017): Spectrul ultraviolet este împărțit în trei
segmente: UV-A (315-400 nm), UV-B (280-315 nm) și UV-C (100-280 nm).
• UV-A ajung în marea lor majoritate pe suprafața Pământului și sunt responsabile pentru
îmbătrânirea pielii, produc bronzul caracteristic oamenilor și atacă ochii mamiferelor, în
timp ce la plane UV-A poate afecta morfologia acestora împreună cu alte efecte mai subtile
precum pigmentare sau activitate stomatică.
• UV-C este absorbit de către atmosferă aproape în totalitate și este letală pentru organismele
vii, distrugând țesuturi și materialul genetic. Iradierea artificială cu UV-C este utilizată pen-
tru sterilizare.
• Între acestea două se află razele UV-B, raze care sunt absorbite de stratul de ozon însă care
ajung în cantități semnificative pe suprafața Pământului. Acestea sunt responsabile pentru
efectele nedorite ale Soarelui precum arsurile solare, arsurile de retină, cancerul de piele și
așa mai departe. Pentru plante razele UV-B sunt cele mai dăunătoare fiind responsabile pen-
tru schimbările morfologice, distrugerea țesuturilor și alterarea codului genetic.

20Expunerea la cantități mari de UV-B generează pete maronii pe frunze, frunzele prezintă
necroză după scurtă vreme și se rulează. În special plantele care prezintă sisteme de apărare
precare sau care nu prezintă asemenea mecanisme în totalitate sunt afectate mai serios. (Gupta
și colab., 2017) Din aceste considerente, plantele care trăiesc în habitate mai permisive luminii
ultraviolete (precum cele de înaltă altitudine) au dezvoltat o serie de mecanisme de apărare,
împotriva radiației ultraviolete.
Plantele folosesc diferite metode de evitare a razelor ultraviolete la nivel morfologic, fi-
ziologic, biochimic și molecular, mecanisme dobândite ca formă de adaptare la mediul în care
trăiesc. Plantele sunt capabile să simtă prezența radiației ultraviolete printr-un fotoreceptor de
UV-B denumit UVR8. Odată activat acesta pornește o multitudine de procese biochimice care
combat efectele negative cauzate de razele UV-B. Majoritatea luminii ultraviolete este absorbi-
tă de pigmenți aflați în tegumentul plantelor și odată ce planta detectează UV-B aceasta începe
secreția acestor pigmenți pentru a crea un strat de protecție, crește numărul de antioxidanți și
sporește producerea enzimelor care repară ADN-ul. (Gupta și colab., 2017)
De asemenea, în funcție de specie plantele au dezvoltat bineînțeles modalități personalizate de
evitare a luminii ultraviolete precum: secreția de ceară epicuticulară în plantele de mare altitudine,
endocitoza pectinelor și producerea de anthocianură. Alte substanțe metabolice care se adună în
țesuturi în urma expunerii la UV-B numără alcaloizi, isoprenoizi și glucosinolat. (Gupta și colab.,
2017)
I�4�4 UTILIZAREA LUMINII VERZI
Culoarea verde (500-600 nm) a frunzelor și a altor organe fotosintetice ale plantelor ne-
ar putea duce spre concluzia că acestea reflectă lumina verde în întregime și că aceasta nu are
niciun folos în ciclul acestora de viață. Acest punct de vedere se aude încă prin comunitatea
științifică. Există totuși mai multe studii care sugerează că aceste lungimi de undă nu numai că
sunt absorbite pentru fotosinteză, dar reglează răspunsuri fiziologice și diferite caracteristici
anatomice din cadrul plantelor. (Smith și colab., 2017)
S-a observat că cloroplastele reflectă între 10 și 50% din lumina verde cu care sunt iradi-
ate, restul este absorbită de către pigmenții de suprafață sau se propagă în țesuturile mai adânci
ale plantei. (Smith și colab., 2017) Acesta este cel mai important rol al luminii verzi. Deși nu
este absorbită eficient de către pigmenții clorofilieni, după cum am explicat în primul capitol,
(Fig.3) aceasta se propagă mai adânc în țesuturile plantei și activează pigmenții aflați în zone în

21care tipurile de lumină care sunt absorbite eficient nu ajung aproape deloc. ( Fig.12)
Pe lângă adâncimea din interiorul frunzei, lumina verde pătrunde cu mai multă ușurință
datorită acelorași mecanisme prin frunziș, fiind mai abundentă în frunzișul inferior decât lumi –
na albastră. De asemenea, datorită acestor diferențe s-a observat că lumina verde poate produce
un semnal pozițional semnificativ în ceea ce privește părțile umbrite ale frunzelor, schimbând
morfologia acestora pentru o mai buna utilizare a luminii. Tot lumina verde se pare că reglează
transpirația prin codificări stomatice la unele specii, fiind astfel un foarte bun reglator al fotosin-
tezei și al transpirației într-un mediu umbrit sau în care există mari fluctuații de lumină. Astfel,
deoarece aduce mai multe beneficii pentru aclimatizarea în mediul natural, există motiv pentru
a folosi lumina verde în agricultura realizată în interior. (Smith și colab., 2017)
I�5� RITMURI CIRCADIENE
Majoritatea organismelor de pe Terra sunt supuse unui ciclu zilnic de lumină și întuneric,
și atât plantele, cât și animalele prezintă un anumit comportament ritmic în concordanță cu
Lumină albastră Adaxial
AbaxialLumină verde Lumină roșie
Cuticulă
Epidermă
Mezofil
palisadic
Mezofil
spongifer
Por stomatal
Fig.12: Reprezentare schematică a penetrării luminii monocromatice albastră, verde și roșie prin profilul vertical al
frunzei iluminată pe suprafața adaxială. Lumina albastră este rapid absorbită de către pigmenții de la suprafață, în
timp ce lumina roșie poate ajunge mai adânc deoarece este absorbită doar de clorofile. Lumina verde poate ajunge
până la straturile inferioare datorită absorbției ineficiente de către pigmenții clorofilieni, inundând întreaga frunză
cu lumină. (Smith et al., 2017)

22acest ciclu. Exemple de asemenea răspunsuri ar putea fi mișcarea în concordanță a frunzelor,
deschiderea și închiderea stomatelor, creșterea și eliberarea de spori la fungi, deschiderea tem –
porizată a pupei la anumite perioade de timp sau ciclurile de activitate al rozătoarelor, precum
și procese metabolice precum capacitatea de fotosinteză și rata respirației la nivel foliar .
În momentul în care organismele sunt transferate, de la un ciclu normal de zi-noapte, la întune-
ric, organismele tind să își păstreze ritmul circadian pentru mai multe zile, ceea ce semnalează faptul
că aceste ritmuri nu sunt direct legate de prezența sau de absența luminii, ci mai mult de un mecanism
intrinsec plantei, care reglează ritmul acesteia, deseori numit oscilator endogenic. Acest mecanism este
legat de o varietate de procese fiziologice, cărora le reglează ritmul. (Taiz & Zeiger, 2010)
Ritmurile circadiene provin din fenomene ciclice, definite de trei parametrii ( Fig.13A):
• Perioada – timpul perceput între două repere ale unui ciclu, de obicei măsurat între o maxi –
mă și o minimă observată.
• Etapa – orice moment din ciclu care poate fi cunoscut prin relația cu restul ciclului. Cele mai
simplu de observat sunt bineînțeles punctele de maxim și minim.
• Amplitudinea – de obicei considerată ca fiind distanța dintre maximă și minimă. Amplitudi –
nea unui ciclu biologic de obicei variază, în timp ce perioada rămâne constantă.
În condiții naturale, ritmul circadian al organismelor este reglat de anumiți stimuli (de lumină
sau de temperatură) numiți zeitgeber (termen în germană pentru „ transmițător de timp”), care sunt
de fapt stimulii luminoși primiți în schimbările de la întuneric la lumină și invers din momentele de
răsărit și respectiv apus. Astfel într-un mediu cu oscilația lumină/întuneric la o perioadă de 12 ore,
oscilatorul endogenic este sincronizat la un ciclu de 24 de ore. (Fig.13B) În momentul în care acei
stimuli zeitgeber sunt eliminați, spre exemplu prin expunerea la întuneric constant, ritmul circadian
revine la perioada caracteristică organismului respectiv. (Fig.13B) (Taiz & Zeiger, 2010)
În ciuda faptului că ritmurile circadiene reprezintă un mecanism intrinsec al organismului, de
multe ori este nevoie de un anumit stimul pentru ca acesta să pornească. De asemenea, multe asemenea
ritmuri tind să își slăbească influența asupra fiziologiei plantei în momentul în care condițiile de me-
diu nu sunt constante, fiind nevoie de o serie de stimuli specifici (zeitgeber) pentru a putea fi resetate.
(Fig.13C) (Taiz & Zeiger, 2010) Este de menționat că oscilatorul endogenic nu este schimbat, ci doar
influența acestuia. S-a observat spre exemplu că nivelurile de protoclorofilă din plantulele etiolate de

23Phaseoulus vulgaris L. (fasole), care au fost îngropate la 4-6 ore timp de 2-3 zile consecutive au urmat
un anumit ritm caracteristic oscilațiilor circadiene. (Argyroudi-Akoyunoglou & Prombona, 1996)
Ritmul circadian este de asemenea adaptabil la schimbările în lungime a zilei și a nopții.
Într-un ciclu de 12h lumină, 12h întuneric, urmat de o perioadă constantă de întuneric, plante –
le își continuă ritmul asumând venirea luminii chiar și în lipsa acesteia, creând așa-zise „zile
subiective”. Dacă în primele ore de la începutul nopții subiective este pulsat un fascicol de lu-
mină, organismul interpretează stimulului la fiind sfârșitul zilei precedente, iar ritmul deviază,
fără a-și schimba perioada. (Fig.13D) Același fenomen este prezent și în cazul în care este pul-Timp (h)Puncte de fazăAmplitudine PerioadăAmplitudine
Timp (h)AmplitudineTimp (h)
Puls
luminosRitm
refazatAmplitudine
Timp (h)Amplitudine26h 24h
12D 12L 12D 12L 12D 12L 12D 12L 12D 12L 12D 12LLumină
Timp (h)Puncte de fazăAmplitudine PerioadăAmplitudine
Timp (h)AmplitudineTimp (h)
Puls
luminosRitm
refazatAmplitudine
Timp (h)Amplitudine26h 24h
12D 12L 12D 12L 12D 12L 12D 12L 12D 12L 12D 12LLumină(A) Un ritm circadian tipic. Perioada este punctul din-
tre două puncte comparabile dintr-un ciclu. Etapa este
orice punct din ciclu care poate fi recunoscut prin rela –
ția cu restul ciclului. Amplitudinea este distanța dintre
maxim și minim. (B) Un ritm circadian sincronizat cu un ciclu de lu-
mină-întuneric de 24 de ore și revenirea la perioada
caracteristică organismului (în acest caz de 26 de ore),
în urma expunerii la întuneric constant.
(C) Suspendarea ritmului circadian prin expunerea
constantă la lumină și resetarea acestuia în urma trans –
ferului la întuneric constant.(D) Devierea specifică ca răspuns la pulsația unui fasci-
col luminos în primele ore după introducerea în întuneric
constant. Ritmul este defazat fără a-și schimba perioada.
Fig.13: Câteva caracteristici ale ritmului circadian. (Taiz & Zeiger, 2010)

24sat un fascicol de lumină în ultimele ore ale nopții subiective, organismul considerând că este
începutul unei noi zile și ajustându-și ritmul prin translatarea acestuia cu câteva ore în urmă. În
acest fel ritmul rămâne de 24h cu diferite durații de lumină și întuneric. (T aiz & Zeiger, 2010)
Abilitatea organismelor de a se adapta în funcție de durata expunerii la lumină le „spune”
astfel lungimea zilei. Adaptarea constantă la lungimea zilei se numește fotoperiodism. Odată
cu monitorizarea lungimii zilei vine și posibilitatea de a percepe un eveniment specific unui
moment dintr-un an, de unde vin și răspunsurile sezoniere.
Cu cât ne îndepărtam de ecuator, unde pe ziua este egală cu noaptea pe toată perioada
anului, diferențele între zi și noapte cresc în funcție de anotimp. Așadar plantele își pot pro-
grama ciclul anual de viață în funcție de anotimpuri utilizând ca stimul o durată specifică de
întuneric la care sunt expuse.
Pe scurt, plantele pot fi împărțite în plante de zi scurtă (ZS), ale căror înflorire este de-
clanșată de scurtarea zilei, sau mai specific de creșterea perioadei de întuneric și plante de zi
lungă (ZL), care se comportă în opoziția primei categorii.( Fig.14 și Fig.15) De asemenea, pen-
tru a elimina ambiguitatea de durată a zilei dintre primăvară și toamnă, unele plantele cuplează
stimulii luminoși cu cei de temperatură, înflorind doar în urma unei perioade reci. Altele fac
diferența între scurtarea și lungirea zilelor de-a lungul timpului:
• Plante de zi lungă-zi scurtă precum Cestrum nocturnum L. (Iasomie de Noapte), care înflo-
rește în zilele târzii de vară și în toamnă, când zilele se scurtează.
• Plante de zi scurtă-zi lungă, care înfloresc doar după o perioadă de zile scurte urmată de o
perioadă cu zile mai lungi, precum Trifolium repens L. (trifoi), care înflorește în primele
săptămâni ale primăverii ca răspuns la lungirea zilelor.
Pe lângă acestea două, găsim plantele care nu sunt influențate de lungimea zilelor, fiind
denumite plante indiferente față de zi (N – neutru). Multe asemenea plante s-au dezvoltat în
apropiere de ecuator Phaseoulus vulgaris L. (fasole), unde lungimea zilei nu este relevantă
pentru determinarea anotimpurilor. Multe plante anuale din deșert, precum Castilleja angusti-
folia (Nutt.) G.Don (Pensula de Deșert) and Abronia villosa S.Wats., 1873 (Verbina de Nisip)
au evoluat să germineze, să se dezvolte și să înflorească rapid, ori de câte ori este suficientă apă
disponibilă. (Taiz & Zeiger, 2010)

25Procent de înflorire
10
146
18Lungimea
zilei (h)
Lungimea
nopții (h)Plante de zi lungă
Plantele de zi lungă
înfloresc când durata
zilei depășește o
durată critică într-un
ciclu de 24 de orePlantele de zi scurtă
înfloresc când durata zilei
este mai scurtă decât o
anumită durată critică
într-un ciclu de 24 de orePlante de zi scurtă
8
1612
1216
822
224
014
1018
620
4100
4080
60
20
0
Lumină ÎntunericTipare de iluminare
24hRăspuns
ZS ZL
ÎNFLORIRE
ÎNFLORIRE
ÎNFLORIRE
ÎNFLORIRE
ÎNFLORIRE
ÎNFLORIREVEGETATIVVEGETATIV
VEGETATIVVEGETATIV
VEGETATIV
VEGETATIV Fig.14: Răspunsul fotoperiodic în plantele de zi lungă și de zi scurtă. Durata critică variază de la o specie la alta.
În acest exemplu ambele specii ar înflori în fotoperioade de 12-14 ore.
Fig.15: Efectele duratei perioadei de întuneric asupra înfloririi. Tratarea plantelor de zi scurtă și a celor de zi lungă
cu diferite arată clar că variabila cea mai importantă este perioada de expunere la întuneric.

26CAPITOLUL II – EXPLOATAREA CARACTERISTICILOR DE
INTERES ȘI CONSIDERENTELE ECOLOGICE AFERENTE
Înțelegerea influenței diferitelor compoziții spectrale ale luminii asupra creșterii și dez-
voltării plantelor reprezintă un pas înainte în cunoașterea științelor naturale, având astfel o
valoare intrinsecă pentru oamenii de știință și naturaliștii de pretutindeni. Implicațiile ecologice
și înțelegerea mecanismelor de mediu prin prisma modului de funcționare a plantelor este de
asemenea o foarte valoroasă parte a cunoașterii și merită luată în considerare în proiectele de
conservare și restaurare a mediului.
Cel mai important aspect al cunoașterii acestor mecanisme de creștere și dezvoltare ale
organismelor fotosintetizatoare este bineînțeles eficiența exploatării acestora în scopuri econo-
mice. Natura, așa cum este, oferă o mare varietate de servicii ecosistemice, unele de care nici
cele mai moderne studii probabil ca nu și-au dat seama. Ceea ce este important de înțeles este
însă că odată cu înaintarea nivelului de civilizație a întregii omeniri cresc și nevoile economi –
ce. Intensificarea agriculturii din considerente economice aduce o scădere a calității serviciilor
ecosistemice (Björklund și colab., 1999) și astfel creează noi probleme care vor avea nevoie de
atenția forței de muncă și astfel de noi fonduri alocate în această direcție.
Din acest motiv este nevoie de metode extrem de bine gândite și eficiente care să ne înde-
plinească aceste nevoi fără un impact semnificativ asupra mediului. Pentru asta, în fiecare do-
meniu economic care are un impact semnificativ asupra mediului avem nevoie de soluții pentru
a crește randamentul producției odată cu scăderea impactului aferent.
O asemenea soluție în domeniul agricol este posibilă cu ajutorul cunoașterii prezentate în
primul capitol. O înțelegere adâncă asupra modalităților de iluminare a plantelor pentru a putea
eficientiza creșterea acestora este ceea ce va fi necesar în viitor. Lumina solară este cea mai ca-
litativă și mai economică sursă de lumină însă nu și cea mai consistentă. Cum ar fi dacă lumina
solară ar fi transformată în energie electrică? Energie care va fi utilizată după pentru iluminarea
artificială și extrem de eficientă în agricultură, cu o automatizare completă care să reducă spa-
țiul ocupat și poluarea. Poate momentan nu este fezabil, dar cum ar fi atunci ca doar o parte din
lumină să fie adăugată, pe lângă cea solară, sub formă de lumina suplimentară adăugată doar
pentru a favoriza o caracteristică de interes a plantei. Toate acestea vor fi posibile și unele chiar
sunt utilizate astăzi pentru o mai eficientă industrie agricolă.

27În capitolul ce urmează vom explora mai multe posibilități de exploatare a anumitor ca-
racteristici de interes, strict din prisma ajustării radiației luminoase furnizate, în concordanță cu
îmbunătățirile ecologice care apar în urma acestor tehnici.
II.1. IMPACTUL AGRICULTURII ASUPRA MEDIULUI
Iluminarea naturală în agricultură nu reprezintă o problemă ecologică în sine, întrucât energia
solară se pierde dacă nu este utilizată. Eficiența agriculturii iluminată natural însă începe să nu mai fie
adecvată nevoilor actuale. Astfel, în industrie se folosesc alte metode de creștere a eficienței prin auto-
polenizatori, îngrășăminte, pesticide și alte substanțe care au un impact semnificativ asupra mediului.
Agricultura a fost identificată în multiple rânduri ca fiind cel mai mare contribuabil în
pierderea biodiversității din întreaga lume. Acest fapt se datorează atât suprafeței mari de teren
utilizate, cât și gradului mare de manipulare a terenului și a utilizării de îngrășăminte și pestici –
de, caracteristice modului clasic de cultivare. (McLaughlin & Mineau, 1995) În anul 1992, 168
de țări au semnat Convenția Diversității Biologice (CBD), pact care asigura angajamentul țări-
lor participante în conservarea biodiversității. În anul 2002, liderii mondiali au propus ceea ce
este considerată cea mai importantă înțelegere a secolului 21: reducerea semnificativă a scăderii
biodiversității până în anul 2010. O serie de instrumente instituționale a fost apoi introdusă,
precum: Convenția Comerțului Internațional cu Specii Periclitate (CITES), Convenția asupra
Speciilor Migratoare (CMS), Convenția Ramsar, Direcția de Azotați a Uniunii Europene, Re-
țeaua Natura 2000 și alte scheme de agricultură și mediu. (Kleijn și colab., 201 1).
Toate aceste eforturi au fost susținute din pricina conștientizării importanței biodiversității și a
ratei de pierdere a acesteia prin activitățile antropice desfășurate. După cum este notat și în Strategia
națională și Planul de acțiune pentru conservarea biodiversității pentru anii 2014 – 2020 din România:
„Din punct de vedere conceptual, biodiversitatea are valoare intrinsecă acesteia asociin-
du-i-se însă și valorile ecologică, genetică, socială, economică, științifică, educațională, cultu-
rală, recreațională și estetică. Reprezentând condiția primordială a existenței civilizației umane,
biodiversitatea asigură sistemul suport al vieții și al dezvoltării sistemelor socio-economice.”
Problema intensificării agriculturii de-a lungul anilor este observată la nivel internațional.
Fiecare țară se confruntă de asemenea cu diferite forme ale acestei presiuni, fiind nevoie bine-
înțeles de soluții personalizate fiecărei regiuni atât din punct de vedere natural, cât și din punct
de vedere socio-cultural.

28În urma deciziilor din cadrul întâlnirii din 2002 a statelor membre CBD, au fost luate mai
multe măsuri și demarate mai multe proiecte pentru încetinirea pierderii biodiversității. Acestea
au fost realizate în mare parte prin susținerea financiară a fermierilor care adoptă metode suste-
nabile în agricultură. (Comisia Europeană, 2009) Cu toate acestea mai multe studii recente au
observat că rezultatele sunt mixte, fiind neclar dacă eforturile de încetinire a pierderii biodiver –
sității au avut efect, în ciuda obiectivelor clare și a conștientizării generale asupra importanței
subiectului. (Kleijn și colab., 2011)
Polonia deține 11% din populațiile de păsări de câmp găsite în Europa. De asemenea,
70% din teritoriul acestei țări este teren arabil. Polonia a simțit un puternic impact asupra po-
pulațiilor avifaunistice odată cu aderarea la Uniunea Europeană, crescând astfel terenul arabil
utilizat. S-a observat un declin al populațiilor de păsări încă de la începutul anului 1995 și acesta
continuă cu o rată crescută în urma aderării la Uniunea Europeană. (Sanderson și colab., 2013).
Pe de cealaltă parte, Canada deține aproximativ 1% din suprafață ca teren arabil. Totuși
agricultura este practicată în abundență, 70% din zonele umede ale țării fiind secate în zonele
cu așezări omenești (Inventarul Canadian al Zonelor Umede, 2008), dintre care 84% în scopuri
legate de producție în agricultură. (Gouvernment of Canada, 1991) Distrugerea completă a
habitatelor din zonele umede reprezintă o mare pierdere a biodiversității și inerent a serviciilor
ecosistemice benefice atât în domeniul agriculturii cât și pentru alte aspecte ale vieții.
În Franța s-a observat că deși rezultatele schemelor de agricultură și mediu (AES) sunt
mixte în ceea ce privește biodiversitatea, aceste modele sunt benefice pentru abundența spe-
ciilor de păsări. Mai mult decât atât aceste tehnici se pare că pot spori dinamica populațiilor
speciilor în declin din zonele cu un management corespunzător. (Princé & Jiguet, 2013)
Ca în cazul oricărei inițiative de natură ecologică, este esențial de luat în calcul problema
socio-culturală emergentă situației ecologice în cauză. În țările mai puțin dezvoltate din punct
de vedere economic, mai ales cele fără rezerve ale subsolului, cea mai importantă resursă na-
turală este terenul arabil. În cadrul acestor țări astfel, agricultura se extinde rapid prin defrișări,
secarea zonelor umede și distrugerea altor tipuri de habitate la scară largă. Multe dintre țările
sub-Sahariene din Africa, țări din estul și sud-estul Asiei și pădurile tropicale din America de
Sud sunt considerate regiuni cu mult pământ cu potențial arabil și sunt predispuse la expan-
siunea agrară. (Barbier, 2004) Multe dintre aceste țări sunt în situații economice precare, iar
problemele pierderii biodiversității sunt bineînțeles văzute pe plan secundar .

29Observăm astfel că în funcție de regiune, deși problema este aceeași: pierderea biodiversității.
Soluțiile necesare sunt compuse dintr-un mix de inovații sociale, educaționale, etno-culturale, dar
și economice, științifice și epistemice. De aceea, în această lucrare noi propunem o inovație atât în
ingineria agriculturii, cât și in componenta de cunoaștere din acest domeniu, care poate aduce îmbu-
nătățiri în conservarea biodiversității fără a necesita un anumit cadru natural sau social.
Automatizarea și eficientizarea iluminării pentru a viza caracteristicile de interes prezente în
plantele cultivate ar putea crește eficiența loturilor plantate fără a fi nevoie de substanțe chimice pen-
tru a ajunge la randamentul dorit. O creștere a eficienței poate însemna o reducere a spațiului utilizat
pentru agricultură, metodă care ar aduce mari îmbunătățiri stării de conservare a biodiversității din
zonele puternic exploatate agricol. De asemenea, metodele de reglare sau suplimentare a luminii în
agricultură, deși sunt practici de mare anvergură inginerească, funcționează ca un avans tehnologic,
nu ca unul ideologic, fiind mai ușor de aplicat din punct de vedere socio-cultural.
II.2. ȘAPTE DIMENSIUNI ALE LUMINII ÎN ILUMINAREA CONTROLATĂ
Iluminarea controlată presupune bineînțeles îmbunătățirea condițiilor de iluminare față de cele
prezente în cadrul agriculturii clasice, cu iluminare naturală. Caracteristicile luminii cele mai comun
manipulate în medii controlate sunt intensitatea, calitatea și durata. Pe lângă acestea trei însă, există
mai multe dimensiuni care trebuie luate în considerare pentru iluminarea artificială în agricultură.
Polarizarea și coerența luminii fiind unele dintre cele mai importante caracteristici în iluminare. Mai
presus decât atât, uniformitatea distribuției luminii este de asemenea foarte importantă deoarece în
final este importantă lumina care ajunge la plantă, nu cea emisă. Acești factori adiționali luați în cal-
cul pot aduce mai multe oportunități de cercetare și mai apoi o mai bună producție agrară.
În această secțiune vom descrie pe scurt cele șapte dimensiuni ale luminii (Intensitatea,
calitatea, tiparele de iluminare, uniformitatea, direcția, polarizarea și coerența), importante pen-
tru iluminarea artificială sau suplimentarea luminoasă a plantelor cultivate.
II.2.1 INTENSITATEA LUMINOASĂ
Intensitatea luminoasă în horticultură este reprezentată de densitatea fluxului de fotoni
fotosintetici (PPFD – eng. photosynthetic photon flux density) și este cuantificată ca μmol·fo-
ton·m–2·s–1, în spectrul radiației active fotosintetic (PAR – eng. photosynthetically active radia –
tion), care descrie spectrul radiației electromagnetice dintre 400 nm și 700 nm, pe care plantele
superioare îl utilizează pentru a realiza procesul de fotosinteză. (Anpo și colab., 2018)

30Este foarte clar faptul că intensitatea luminoasă promovează creșterea plantelor. Regula ge-
nerală printre fermieri este că cu o creștere de 1% a intensității luminoase vine și o creștere egală
a producției. În timp ce aceasta nu în totalitate adevărat, fiind vorba de o creștere a producției între
0,5% și 1%, este general acceptat că până la un punct de maxim al PPFD-ului, creșterea producției
odată cu creșterea intensității luminoase este garantată. (Marcelis și colab., 2006)
În aceeași măsură, plantele își desfășoară procesele de respirație și fotosinteză în funcție de
intensitatea luminoasă. Respirația și fotosinteza sunt procese independente și intercorelate, ba-
lansându-se în funcție de punctul de compensație al fotosintezei, specific fiecărei plante. (Fig.16)
Când intensitatea luminoasă este sub acest nivel de compensație, respirația este mai puternică de-
cât fotosinteza. Odată cu intensitatea luminii în creștere, crește și puterea fotosintezei, până la un
punct de saturație, moment în care intră pe o curba descrescătoare. Toate acestea concluzionează
că nivelul optim al intensității luminii pentru a maximiza eficiența este între punctul de compen-
sație și cel de saturație. (Anpo și colab., 2018)
II�2�2 CALITATEA LUMINII
Calitatea luminii, după cum este prezentat și în primul capitol al acestei lucrări, se referă
la compoziția spectrului de radiație. Trebuie notat însă că ceea ce este perceput ca lumină albă, Punct de saturație
Punct de compensație
Rata respirațieiIntensitatea luminoasăRata de fotosinteză
Rata fotosintetică netă
Rata fotosintetică totală
Fig.16: Schimbarea ratei fotosintezei în relație cu intensitatea luminoasă. (Anpo et al., 2018)

31nu are mereu aceeași compoziție după cum putem observa în graficele din Fig.17. După cum
se poate observa diferite surse de lumină prezintă diferite compoziții spectrale, astfel utiliza –
rea unor surse diferite de lumina va avea rezultate variate în creșterea și dezvoltarea plantelor.
Chiar și utilizarea luminii monocromatice cu LED-uri variază în spectru și lungime de undă
dominantă. ( Fig.17). (Anpo și colab., 2018)
Dat fiind faptul că aceasta este tema principală a acestei lucrări, nu vom intra în detaliu
în această secțiune asupra influenței calității luminii asupra creșterii și dezvoltării plantelor,
subiect care va fi tratat mai pe larg într-o secțiune ulterioară.
II�2�3 TIPARE DE ILUMINARE
Tiparele de lumină se referă în general la durata perioadei de iluminare dintr-o zi sau la pe-
riodicitatea iluminării. Odată cu introducerea iluminării artificiale sau suplementare, perioadele
de iluminare pot fi schimbate de la clasicul 12 ore de lumină – 12 ore de întuneric într-un ciclu
total de 12 ore la orice periodicitate este descoperită a fi cea mai eficientă. Poate fi schimbată
la o oră lumină cu o oră întuneric, un minut lumină cu 10 minute întuneric și așa mai departe.
Pentru a evidenția importanța periodicității de iluminare s-a condus un experiment: au
fost selectate trei tipare de iluminare în cultivarea de Lactuca sativa L. (Salată):
• (A) 200 μmol m–2 s–1 PPFD, cu un ciclu lumină – întuneric de 10 minute, de-a lungul a 24
de ore;
• (B) 154 μmol m–2 s–1 PPFD, cu un ciclu lumină – întuneric de 13 – 7 minute, respectiv, de-a
lungul a 24 de ore;
• (C) 100 μmol m–2 s–1 PPFD, lumină constantă, de-a lungul a 24 de ore.
În toate cele trei modelele, plantele au primit o valoare de 8,64 moli m-2, la fiecare 24
de ore. În ciuda cantității egale de energie primită, după 21 de zile de cultivare, în plantele din
cele 3 loturi, s-au observat diferențe semnificative în parametrii fiziologici din salata cultivată,
incluzând cantitatea totală de clorofilă, raportul dintre clorofila a și b, pigmenți carotenoizi,
dimensiunile plantelor, masă umedă, masă uscată etc. Fig.18 arată cele trei loturi după două
săptămâni de iluminare. Putem observa în această imagine că cele mai sănătoase plante sunt
cele din grupul ( C), urmate de grupul ( A) și în final (B). (Anpo și colab., 2018)

32Astfel, putem concluziona că, deoarece energia furnizată a fost aceeași pentru toate loturile,
tiparele de iluminare joacă un rol foarte important în creșterea și dezvoltarea plantelor și astfel poate
fi găsit un standard pentru a maximiza producția odată cu minimizarea necesarului de energie.
II.2.4 UNIFORMITATEA ILUMINĂRII
Uniformitatea iluminării implică atât intensitatea cât și calitatea luminii emise. În ilumi –
narea artificială este destul de des întâlnită practica fermierilor de a combina LED-uri de diferite
culori pentru a crea mixturi de lungimi de undă diferite. Spre exemplu unul ar putea ajunge la
concluzia ca pentru o rație roșu – albastru de 8:2 pot fi utilizate opt becuri de culoare roșie și
două de culoare albastră. Această practică va avea rezultate negative din pricina distribuției
neuniforme a luminii, declanșând reacții de stres la plante, în anumite cazuri. (Anpo și colab.,
2018) Este importantă cantitatea de energie furnizată, astfel va fi nevoie de opt becuri din fieca-
re culoare, cu o intensitate în raport de 8:2 pentru ca lumina să fie corect distribuită.
Mai mult decât atât, intensitatea nu este uniform distribuită nici din punctul de vedere al
intensității. În Fig.19 este reprezentată intensitatea luminoasă într-o cameră de vegetație de 80
cm x 60 cm, având 35 de LED-uri aranjate uniform pe tavanul acesteia. Înălțimea camerei este
de 40 cm, iar înălțimea față de tavan este considerată a fi 35 cm. Putem observa clar că centrul
camerei este mai luminos, iar dacă în cameră am avea LED-uri de culori diferite, rezultatul ar
fi chiar mai îngrijorător.
Totuși, în cadrul unui experiment în care plante de Lactuca sativa L. (Salată) au fost ilu-
minate cu LED-uri roșii și albastre în mod neuniform rezultatele au fost destul de interesante.
Fig.18: Stadiul de dezvoltare a plantelor după două săptămâni de iluminare, după modelele A, B și C. De la stânga
la dreapta loturile A, B și C. (Anpo et al., 2018)

33Nu au existat diferențe mari în parametrii biochimici ai plantelor care au fost iluminate colorat
neuniform dar cu o intensitate egală, plantele având se pare un mediator care să reducă acest
stres. Mai multe investigații vor fi necesare pentru a trag o concluzie pe acest subiect.
O soluție a problemei neuniformității intensității ar putea fi suplimentarea cu lumină în
frunziș. Deoarece LED-urile prezintă un randament foarte bun în convertirea energiei electrice
în lumină, acestea se încălzesc mult mai puțin ca sursele clasice de lumină, fiind posibilă ampla –
sarea acestora foarte aproape de plantele cultivate. (Fig.20) Această metodă poate avea o gamă
largă de aplicații prin creșterea uniformității, furnizarea eficientă a iluminării fără pierderi în
frunziș și controlul arhitecturii plantelor prin controlul mecanismelor de evitare a umbrei pre-
zentă în toate plantele superioare. (Jones, 2018)3500 4200 4900 5600 6300 lx0,80m 0,00m0,00m0,80m
Fig.19: Intensitatea luminoasă la 35 cm distanță de tavan, într-o cameră de vegetație de 80cm x 60cm, având 35
de LED-uri aranjate uniform pe tavan . (Anpo et al., 2018)

34
Fig.20: Exemplu de lumină suplementară așezată în frunziș, pentru o mai bună distribuție a energiei la plante.
(https://liftedled.com/products/underpass )

35II.2.5 DIRECȚIA LUMINII
Direcția luminii în iluminarea artificială are de a face în general cu fenomenul de foto-
tropism descris in capitolul incipient al acestei lucrări. Odată cu avansul științific au fost certe
mai multe metode de manipulare a formei plantelor cu ajutorul fototropismului, o metodă mai
eficientă ca cele clasice, fizice, de „îndoire” a creșterii într-o anumită formă.
II�2�6 POLARIZAREA LUMINII
Lumina se propagă prin aer sub formă de unde, așa cum am discutat în primul capitol al
acestei lucrări. În cadru natural și în majoritatea aranjamentelor de lumini artificiale de horticul –
tură, câmpurile electrice și magnetice oscilează în toate direcțiile posibile, perpendicular pe cea
a propagării undei. Cu alte cuvinte nu există o direcție preferată de oscilație. Aceasta se numește
o undă nepolarizată. (Anpo și colab., 2018) „Lumina se spune că este polarizată liniar în mo-
mentul în care oscilația acesteia este restrânsă pe o singură direcție, direcția oscilației câmpului
electric fiind definită ca direcția polarizării.” (Huard, 1997)
Iluminarea plantelor cu lumină polarizată nu a fost încă tratată în literatura de specialitate,
conform (Anpo și colab., 2018). Există un experiment care tratează utilizarea luminii polari –
zate circular în dezvoltarea la Lens culinaris Medikus (Linte) și la Pisum sativum L. (Mazăre).
plantele au crescut mai repede sub lumină polarizată circular spre stânga, iar autorii articolului
sugerează că această tehnică ar putea fi utilizată pentru creșterea eficienței în agricultura sub
lumină controlată. (Shibayev & Pergolizzi, 2011)
De asemenea, este presupus că lumina polarizată, cel puțin teoretic, poate pătrunde cu
mai multă ușurință în interiorul frunzei, având astfel un randament mai bun al raportului energie
emisă/energie utilizată.
II.2.7 COERENȚA LUMINII
Lumina naturală, la fel ca și lumina creată artificial, este generată prin emisie spontană, fi-
ecare foton fiind emis de către sursa de lumină, independent unul de celălalt, printr-o transmisie
dintr-o stare excitată, într-o stare cu mai puțină energie. Aceasta se numește lumină incoerentă.
(Anpo și colab., 2018)
Pe de cealaltă parte, un laser emite lumină printr-o emisie stimulată, feedback și ampli –

36ficare. Într-un asemenea proces, fiecare foton este stimulat de cel de dinaintea lui, ambii având
aceleași proprietăți de oscilație (fază, frecvență, polarizare și direcție de propagare). Astfel,
lumina emisă de un laser este considerată lumină coerentă. Exista două tipuri de coerență, una
spațială și una temporală. Coerența spațială se referă la capacitatea de a concentra fasciculul
de lumină într-un punct cât ai mic, cu o rază cât mai îngustă, și să rămână așa pe distanțe mari.
Coerența temporală implică un foarte bun control al spectrului, lumina având variații foarte
mici în ceea ce privește frecvența. (Anpo și colab., 2018)
Există două beneficii teoretice care pot să reiasă din utilizarea luminii coerente pentru
iluminarea plantelor. Prima ar fi coerența spațială, cu ajutorul căreia lumina absorbită de toată
planta ar avea aceeași frecvență și polarizare. A doua ar fi coerența temporală, toată planta pri-
mind lumină de lungimi de undă foarte similare și care poate fi reglată foarte precis, permițând
manipularea exactă a anumitor caracteristici de interes. (Anpo și colab., 2018)
Există studii care au adresat utilizarea laserului pentru a crește producția în agricultură
însă nu este clar dacă beneficiile au venit în urma utilizării luminii coerente sau doar din creș-
terea intensității luminii furnizate în general. (Hernandez și colab., 2010) Totuși, o comparație
riguroasă realizată între utilizarea laserului și a unei surse de lumină cu frecvență dominantă
similară ar putea produce rezultate interesante.
Acestea sunt cele șapte dimensiuni ale luminii de luat în considerare în iluminarea arti-
ficială utilizată în horticultură. Prin controlul acestor parametrii de lumină vom putea explora
multe posibilități de creștere și dezvoltare a planelor cultivate ci iluminare controlată.
II.3. EXEMPLE DE CARACTERISTICI DE INTERES
EXPLOATABILE PRIN ILUMINARE CONTROLATĂ
Industria agrară a reprezentat mereu încercarea de a crește cantitatea și calitatea produ-
sului dorit prin diferite tehnici din ce în ce mai sofisticate. Cea mai veche metodă utilizată a
fost selecția artificială a caracteristicilor transmise în descendență. Această practică a adus mari
beneficii în luni perioade de timp. O altă metodă a fost apoi aplicarea de diferite îngrășăminte
pentru a spori atât vitalitatea plantelor cât și mărimea roadelor. Au apărut apoi metode de com-
batere a dăunătorilor și organismele modificate genetic, controlul gazelor și controlul exact al
nutriției din planațiile hidroponice și așa mai departe.

37În această secțiune vom prezenta câteva exemple de îmbunătățire a producției în plante
utilizate în varii domenii, toate realizate prin controlul calității luminii la care au fost expuse.
Organismele fotosintetizante dezvoltă diferite mecanisme de scurtă sau de lungă durată,
pentru a reduce impactul expunerii la diferiți factori de stres. Aceste mecanisme pot fi bineîn –
țeles exploatate pentru a obține o cantitate mai mare a produsului extras din planta în discuție.
Un aspect des întâlnit în creșterea controlată a plantelor reprezintă sporirea secreției anu-
mitor substanțe de interes. Un studiu a arătat că în urma expunerii unei combinații de lumină
roșie și albastră 70/30% respectiv, plantele de Mentha sp. au avut un conținut de până la patru
ori mai mare de ulei esențial decât plantele cultivate în condiții naturale. (Sabzalian și colab.,
2014). Un alt studiu prezintă maximizarea producției compușilor metabolici secundari prin
variația intensității luminoase la Anoectochilus formosanus (specie din familia Orchidaceae).
Substanțele obținute sunt utilizate în tratarea hipertensiunii, a bolilor de plămâni și a probleme –
lor hepatice în medicina chinezească.
Tot prin suplimentarea cu lumină albastră s-a observat o creștere a calității producției de
tomate, îmbunătățind culoarea fructelor, randamentul general al plantației și mai ales rezistența
la diferite boli și dăunători. (Xu și colab., 2012)
Un alt exemplu foarte bine cunoscut printre horticultori este creșterea producției de ca-
nabioizi și flavonoizi specifici prin expunerea la lumină ultravioletă a culturilor de Cannabis
sp. destinate consumului. (Eichhorn Bilodeau și colab., 2019) Plantele din genul Cannabis au
dezvoltat un sistem de apărare împotriva razelor UV prin producerea de metaboliți secundari
precum cei descriși mai sus. Florile de Cannabis sp. sunt utilizate atât în scopuri medicinale,
cât și ca drog recreațional, iar abilitatea de a manipula substanțele de interes produse de plantă
este bineînțeles foarte căutată de către crescători.
O altă metodă de exploatare a unor caractere de interes este utilizarea luminii infraroșii
și de roșu-îndepărtat pentru a promova sau, după caz, reduce elongația tulpinii. (Vince-Prue,
1977) În cazul plantelor crescute în spații închise și reduse ca dimensiune, pentru a putea con-
trola nivelurile de CO2, sunt depuse eforturi pentru păstrarea la înălțimi mici a plantelor. În
cazul în care lungimea tulpinii este un caracter de interes, precum în cazul plantelor cultivate
pentru fibre, cele mai utilizate fiind: Bumbac – Gossypium sp., Iută – Corchorus sp., Kenaf – Hi-
biscus cannabinus L., Cânepă – Cannabis sativa L., și In – Linum usitatissimum L. (Mafongoya
& Sileshi, 2020).

38V om introduce aici și un exemplu de creștere a eficienței în horticultură. O foarte comună
greșeală este utilizarea lămpilor care emit multă lumină de roșu îndepărtat în situații nefavo-
rabile. Un bun exemplu este germinația semințelor de Lactuca sativa L. (Salată) sub lumină
de roșu îndepărtat. S-a observat că aceste semințe sunt stimulate de lumina roșie și inhibate în
dezvoltare de către cea de roșu în depărtat. Mai mult, s-a observat că efectul este reversibil, cu
ajutorul unui experiment în care semințele erau tratate pe rând cu lumină roșie și de roșu înde-
părtat. (Taiz & Zeiger, 2010) (Fig.21)
Întuneric Roșu Roșu Roșu
îndep.
Roșu Roșu Roșu Roșu Roșu
îndep.Roșu
îndep.Roșu
îndep. Fig.21: Germinația semințelor
de Lactuca sativa L. (Salată), în
diferite tratamente de iluminare.
Lumina roșie promovează germi –
nația, în timp ce lumina de roșu
îndepărtat o inhibă, după cum se
poate observa. Tratamentul cu
lumină diferită a fost realizat pe
rând. (Taiz & Zeiger, 2010)

39CAPITOLUL III – ANATOMIA ȘI MORFOLOGIA LA
Solanum lycopersicum L.
În acest capitol vom trata pe larg proprietățile anatomice și morfologice ale acestei specii
pentru a permite o înțelegere aprofundată a rezultatelor experimentelor conduse pe material
vegetal asociat specimenelor de Solanum lycopersicum L. (Tomată).
Întrucât experimentele desfășurate în această lucrare se referă doar la plante în stadiu
vegetativ, nu vom include detalii despre anatomia florilor și a fructelor, ci vom explica pe scurt
noțiunile importante pentru înțelegerea și urmărirea rezultatelor .
III.1. Morfologia
Rădăcina principală caracteristică acestei specii este pivotantă, cu numeroase ramificații
laterale care explorează un volum considerabil de sol. Rădăcinile plantelor de tomată prezintă
un ritm rapid de creștere, crescând cu 2-7 cm pe zi și ajungând până la 125 cm în cinci săptă-
mâni de la răsărirea plantulelor. S-a observat că rădăcina se poate ramifica până la 80 cm în late –
ral. De asemenea, în condiții favorabile se formează rădăcini adventive de la tulpină. (Zanoschi
& Toma, 1985).
Tulpina la începutul vieții planei este erbacee și erectă, pentru ca mai apoi, spre sfârșitul
vieții acesteia, să prezinte o formă de lignificare parțială. Cultivarele de mici dimensiuni pre-
zintă o tulpină semilignificată de aproximativ 45 cm. Cultivarele mai înalte devin târâtoare și
necesită susținere în agricultură, având tulpini care pot ajunge la 2,5 metri lungime, deși există
publicații care discută despre specimene excepționale cu lungimi de până la 7 metri. Din mu-
gurii axilari se formează lăstari care poartă denumirea de copili. Aceștia prezintă o dezvoltare
asemănătoare tulpinii principale, formând la rândul or inflorescențe și lăstari. În mod natural
aceste plante formează tufe stufoase, cu mulți lăstari, care înfloresc abundent și produc o mul-
titudine de fructe de dimensiuni reduse și care se maturizează târziu. De aceea în horticultură
se practică îndepărtarea parțială sau totală a lăstarilor, operațiune denumită copilit. Tulpina este
acoperită cu peri glandulari scurți în amestec cu peri tectori de lungimi mai mari. (Zanoschi &
Toma, 1985)
Frunza este simplă, pețiolată, alternă, cu limbul ovat sau lanceolat, de regulă mai lungă
de 20 cm. Limbul este întrerupt imparipenat-sectat, cu segmente mari, de obicei alternând cu

40segmente mai mici neperechi. Segmentele sunt mai mult sau mai puțin pețiolate ori sesile, ova-
te sau lanceolate, cu baza asimetrică, întregi sau din nou penat-partite și cu marginile eventual
răsucite. Fețele limbului pot fi netede sau gofrate. Fața inferioară a limbului prezintă culori de
verde-albăstrui sau verde-cenușiu. La marea majoritate a cultivarelor frunzele sunt inserate
aproape perpendicular pe tulpină, unghiul devenind obtuz odată cu vârsta plantei. Frunzele, ca
și tulpinile sunt acoperite de peri tectori lungi, în amestec cu peri glandulari mai mici de statură,
care secretă o compoziție de flavonoizi și uleiuri precum și alți compuși metabolici secundari.
(Zanoschi & Toma, 1985)
Florile sunt actinomorfe, hermafrodite, grupate în inflorescențe cimoase, simple sau com-
puse, extraxilare. Pedicelii florali sunt articulați. Numărul florilor din inflorescență variază de la
2 la 20 sau chiar mai mult. La o floare observăm: caliciul, format din 5-10 sepale, unite, persis-
tente, terminat cu tot atâtea lacinii liniar-lanceolate, ascuțite. Corola gamopetală, rotată cu dia-
metrul de 1-2,5 cm , formată din 5-10 petale de culoare galbenă, terminată cu tot atâtea lacinii
acute. Androceul este alcătuit din 5-10 stamine, cu filamente scurte, libere, dar unite la bază cu
tubul corolei. Gineceul este format din 2-7 carpele unite, prezintă ovarul superior, continuat de
un stil lung care străbate tubul staminal și se termină cu un stigmat capitat puțin aparent. Unele
soiuri formează flori bătute în condiții nefavorabile de mediu. (Zanoschi & Toma, 1985)
Înflorirea are loc în mod natural în iulie-august. Primele flori apar de obicei la 45-60 de
zile de la semănare. Acest soi este neutru față de lungimea zilei și poate înflori în orice perioadă,
mecanismul fiind controlat de temperatura ambientală. Deschiderea bobocilor are loc eșalonat,
de aceea pe aceeași inflorescență se pot găsi simultan fructe, flori și boboci.
Polenizarea este directă fiind flori hermafrodite, în puține cazuri fiind vorba de polenizare
încrucișată. Fecundarea are loc la cel puțin 50 de ore de când ajunge polenul pe stigmat.
Fructul este o bacă de culoare, formă și mărime variabile în funcție de cultivar. Forma
poate astfel să fie sferică, turtită, ovată, piriformă etc. Culoarea fructelor crude este verde, la
maturitate devine roșie, roz, galbenă, portocalie, uneori galbenă. Culoarea este determinată
de conținutul și raportul dintre licopen și caroten. Greutatea fructelor variază în limite foarte
largi: de la 30-40 g până la 300-500 g, în funcție de cultivar și de condițiile de cultură. Fructul
prezintă epicarpul membranos, incolor sau galben, elastic, glabru, lucios, mai rar cubescent.
Mezocarpul foarte zemos, divers colorat, bogat în glucide, vitamine și săruri minerale. Lojele
seminale (2,3,4 sau mai multe) care adăpostesc semințele sunt acoperite uneori de un endocarp
membranos.

41Sămânța este de dimensiuni reduse, de culoare gălbui-cenușie, reniformă, comprimată, de
2-4 mm în diametru, mătăsos-păroasă. Într-un fruct, în funcție de cultivar, se găsesc între 150 și
300 de semințe. (Zanoschi & Toma, 1985)
III.2. Anatomia
Structura frunzei. Pețiolul (Fig.26, D), și pețiolulul au contur semicircular sau semieliptic
în secțiune transversală cu trei creste adaxiale ascuțite. Epiderma este formată din celule izodi-
ametrice cu pereții subțiri. Din loc în loc se află stomate și peri tectori uniseriați, pluricelulari.
Sub epidermă (exceptând crestele adaxiale) urmează o zonă de parenchim asimilator, iar apoi
o pătură aproape continuă de colenchim angular, mai bine dezvoltat în crestele adaxiale. Pa-
renchimul intern este de tip meatic, format din celule mari, unele conținând nisip de oxalat de
calciu. Țesutul conducător este reprezentat printr-un fascicul foarte mare, central sub formă de
arc larg deschis, în secțiune transversală și două fascicule foarte mici, lateroadaxiale. Limbul
văzut din față prezintă epidermă (Fig.26, A, B) formate din celule de contur neregulat, cu pe-
reții laterali sinuoși, Stomatele de tip anomocitic sunt prezente mai ales în partea inferioară a
limbului. În secțiune transversală, nervura principală proeminează foarte mult la fața inferioară
și mai puțin la fața superioară, prezentând colenchim hipodermic și un fascicul conducător cu
Fig.26: xxxxA
B
D
Cț.p.colst
cep
p
ep
pe
fc
piep.s
p
lm
colep.ilb.i ț.l.
lb.e

42liber intern. Epiderma este formată din celule izodiametrice cu pereții subțiri. Perii tectori sunt
numeroși pe ambele fețe ale limbului și au aceeași structură descrisă si la tulpină. Mezofilul
este diferențiat în țesut palisadic, unistratificat, cu celule înalte și țesut lacunos pluristratificat .
Structura seminței. (Fig.27) Celulele epidermice se gelifică în procesul de dezvoltare a
semințelor, în paralel cu îngroșarea pereților interni. Substanța rezultată din gelifiere înconjoară
ca un manșon sămânța. Îngroșările pereților laterali ai celulelor epidermice sunt libere față de
partea gelificată și dau impresia unui puf de sămânță. Celulele de sub epidermă sunt puternic
turtite, de culoare maronie; de epidermă le separă in strat de celule care reprezintă un rest de
perisperm. Endospermul și embrionul conțin ulei și mici grăunciori de aleuronă.
Fig.27: xxxxp
t
hip
end
cot

43CAPITOLUL IV – MATERIALE ȘI METODE DE LUCRU
Pentru o mai bună înțelegere a fenomenelor descrie în capitolele precedente, am desfășu-
rat o serie de experimente bazate pe variația compoziției spectrale a luminii radiate asupra mai
multor specimene de Solanum lycopersicum L., aflate în variate stadii de dezvoltare.
Toți ceilalți parametrii măsurați (temperatură, umiditate a aerului, frecvența irigării, com-
poziția solului, compoziția apei utilizate precum și intensitatea luminii) au rămas constanți pe
tot parcursul experimentelor, pentru a putea observa cu exactitate schimbările aduce din pricina
schimbării calității luminii.
În cadrul acestor aranjamente am desfășurat un experiment de germinație, un experiment
legat de creșterea și dezvoltarea plantelor sub diferite compoziții spectrale și un experiment
legat de răspunsul plantelor în urma suplimentării luminii albe cu radiație ultravioletă.
IV�1� MATERIALE
Deoarece a fost nevoie de o foarte bună monitorizare a tuturor parametrilor implicați în
germinația, creșterea și dezvoltarea plantelor examinate, am decis să construim o cameră de
vegetație, cu ajutorul căreia aceste condiții au putut fi controlate și măsurate cu precizia dorită.
Aparatul constă în două incinte de vegetație așezate una deasupra celeilalte, despărțite
de o incintă destinată aparaturii electronice utilizate. Ambele incinte sunt echipate cu senzori
de presiune, umiditate, și temperatură, ventilatoare pentru reglarea temperaturii și a umidității,
ventilatoare de amestec al gazelor din incintă, precum și câte o pompă de irigație atașată la sis-
temul de irigație la distanță, aflat în partea inferioară a aparatului. ( Fig.22)
Incinta din partea de sus este echipată cu două seturi de LED-uri, 30 de asemenea diode
care emit lumină de roșu îndepărtat (720 nm) și 15 care emit lumină albastră (440-450 nm),
ambele setate să emită aproximativ 16 W în măsurători radiometrice.
Incinta din partea de jos este echipată cu 6 LED-uri de lumină albă, de culoare 6500K,
setate să emită aceeași putere luminoasă ca cele din incinta superioară. De asemenea în această
incintă se găsesc două lămpi fluorescente de lumină UV-A.
Pentru o desfășurare corespunzătoare a experimentelor, toți parametrii au fost măsurați în

44 Fig.22: Reprezentare 3D a camerei de vegetație.

45timp real, pe toată perioada desfășurării experimentelor și înregistrați pentru ca datele să poată
fi utilizate ca dovadă în descrierea metodologiei. Toate mecanismele au fost automatizate pen-
tru a permite controlul de la distanță al parametrilor, iar datele au fost monitorizate și stocate
prin internet.
Pentru experimentul de germinație am utilizat ca material biologic am utilizat semin-
țe uscate de Solanum lycopersicum L. Am utilizat un cultivar hermafrodit, numit Prekos F1.
(Fig.23) Ca material de laborator am utilizat ustensile de laborator necesare pentru manevrarea
semințelor (pensă, baghetă, pipetă etc.). Au mai fost utilizate hârtia de filtru și mai multe vase
de tip Petri.
Pentru celelalte două experimente, ca material biologic am utilizat mai multe generații de
indivizi, toți germinați din același lot de semințe. Ca materiale de laborator am utilizat bineînțe –
les ustensile specifice pentru manevrarea și permutarea indivizilor (mănuși, pense, cârlige, ba-
ghetă etc.) și ustensile specifice pentru colectarea și utilizarea de substrat (lopățică, deplantator,
recipient de amestec, saci etc.). Am utilizat ghivece din plastic cu diametrul de 5 cm și cu o înăl –
țime de aproximativ 8 cm, găurite în partea inferioară pentru a permite drenajul apei în exces.
Fig.23: Fotografie în care se poate observa am-
balajul semințelor utilizate în toate experimen –
tele desfășurate în această lucrare.

46Compoziția solului a fost constantă, cu o parte nisip, două părți pământ universal de gră-
dină și o jumătate de parte turbă amestecată cu perlit pentru o bună drenare a solului, evitând
astfel infecțiile fungice sau cu alge.
Fotografiile realizate la microscopul optic și sub lupa optică au fost realizate cu un Canon
AAA atașat pe o montură AAAAA. Restul fotografiilor personale au fost realizate cu camera
din spate a unui iPhone 7 Plus.
IV�2� METODE DE LUCRU
Pentru primul experiment a fost utilizată tehnica Linhard, menționată în manualul de
lucrări practice pentru cursurile de fiziologie vegetală (Boldor, 1983). Metoda presupune utili –
zarea unor vase specifice pe care în acest experiment le-al înlocuit cu vase de tip Petri acoperite.
(Fig.24) Semințele au fost aranjate conform caroiajului desenat pe hârtiile de filtru așezate pe
fundul vaselor.

Fig.24: 100 de semințe uscate de
Solanum lycopersicum L. așezate
conform metodei Linhard, pe hâr –
tie de filtru, într-un vas tip Petri. În
poză, lotul expus la lumină roșie.

47Au fost crate 4 loturi: fiecare expus timp de 14 zile la o anumită compoziție spectrală:
lumină de roșu îndepărtat (720 nm), lumină albastră (440-450 nm), lumină albă (6500K) și
întuneric continuu. Fiecare lot de germinație a constat în 100 de semințe cărora li s-a măsurat
energia germinativă (după 7 zile) și facultatea germinativă (după 14 zile). Ambele au fost măsu-
rate prin numărarea semințelor care au germinat, raportate la numărul de semințe plasate inițial,
la perioadele de timp specificate mai sus.
Pentru cel de-al doilea experiment au fost create mai multe loturi de plante așezate la di-
ferite compoziții spectrale pentru a determina diferențele de creștere și dezvoltare.
Primul lot a fost compus din plantule de două săptămâni așezate la lumină albastră (440-
450 nm), pe care îl vom numi prescurtat (B) împreună cu un lot compus din semințe negermi –
nate așezate la lumină albă (6500K), pe care îl vom numi prescurtat (W). Ambele au fost ținute
21 de zile în aceste condiții.
14 zile100 plante
Lumină albă
(6500K)21 zile30 plante
Lumină albă
(6500K)4 zile15 plante
Lumină albă
(6500K)
4 zile15 plante
Lumină
roșu îndepărtat
(720 nm)
21 zile30 plante
Lumină albastră
(440-450 nm)4 zile15 plante
Lumină albă
(6500K)
4 zile15 plante
Lumină
roșu îndepărtat
(720 nm)
Fig.25: Metodologia de desfășurare a experimentelor de creștere și dezvoltare

48După 21 de zile, jumătate din lotul de plante de la lumina albastră (B) a fost mutat la lumi –
nă de roșu îndepărtat (720 nm), lot care va fi denumit prescurtat (B-FR), împreună cu o jumătate
din lotul de plante de la lumina albă (W), lot care va fi denumit prescurtat (W-FR). Celelalte
plante au fost așezate sub lumină albă, din care vom avea loturile (W -W) și (B-W). (Fig. 25)
În continuare au fost așezate plantule în vârstă de două săptămâni la lumină de roșu înde-
părtat și lumină albă, loturi care vor fi denumite (FR’) și (W’). După o perioadă de 21 de zile,
jumătate din fiecare lot a fost mutat în cealaltă încăpere, obținând astfel loturile (FR’-FR), (FR-
W), (W’-FR) și (W’-W), permutări care pot fi observate în schema din ( Fig. 25).
Pentru obținerea rezultatelor plantele au fost observate din punct de vedere morfologic și
măsurate în mai multe exemplare pentru a furniza date concludente.
La cel de-al treilea experiment au fost utilizate plantule de două săptămâni care au fost
expuse la lumină albă, suplimentată cu lumină ultravioletă de UV-A. Au fost apoi observate al
interval de o zi sub microscopul optic pentru a evidenția schimbările care au avut loc în rândul
perilor secretori de la nivelul tegumentului caulinar și foliar.

49CAPITOLUL IV – REZULTATE ȘI DISCUȚII
EXPERIMENTUL 1 – GERMINAȚIE
În cadrul experimentului de germinație am obținut rezultate conform informațiilor din
(Tabel 1). După cum este explicat și în metodologie, au fost măsurate energia germinativă și
facultatea germinativă a semințelor, sub diferite compoziții spectrale ale luminii. ( Fig. 28)
Tabel 1: Energia germinativă și facultatea germinativă a semințelor de Solanum lycopersicum L. (Tomată) sub
diferite compoziții spectrale ale luminii.
Lumină albă
(6500K)Lumină de roșu
îndepărtat (720 nm)Lumină albastră
(440-450 nm)Întuneric
Energie
Germinativă57 0 61 82
Facultate
Germinativă92 6 89 97
Se poate observa cu ușurință faptul că expunerea semințelor la lumină de roșu îndepăr –
tat are un efect inhibitor la nivelul germinației, situație despre care s-a discutat într-un capitol
Fig.28: Toate cele 4 loturi, fotografiate înainte de numărare, la 7 zile (sus) și 14 zile (jos), expuse la lumină albă
(W), lumină albastră (B), lumină de roșu îndepărtat (FR) și întuneric (D).(W)7 zile 14 zile(FR) (B) (D)

50anterior. În ciuda faptului că toți parametrii au fost păstrați identici, iar cantitatea de lumină a
fost aceeași, semințele expuse la lumină de roșu îndepărtat nu au germinat aproape deloc. În
urma acestui experiment, același lot a fost plasat sub lumină albă, iar semințele au încolțit în
mai puțin de 3 zile. ( Fig. 29)
Mai mult decât atât, în timp ce loturile de alb și albastru nu prezintă mari modificări în
ceea ce privește germinația, lotul care a fost ținut la întuneric prezintă o mult mai mare energie
germinativă față de celelalte. De asemenea se observă foarte clar etiolarea plantulelor .
În timp ce etiolarea plantulelor era un fenomen de așteptat pentru plantele ținute la întu-
neric, faptul că au germinat cel mai rapid ridică o problemă mai complicată. Fitocromul este
pigmentul care reglează germinația semințelor în funcție de lumina existentă. Ceea ce este ne-
așteptat este faptul că forma Fa a fitocromului este prezentă atât la expunerea la lumină de roșu
îndepărtat, cât și la întuneric, forma de Fi fiind prezentă doar în urma iradierii cu lumină roșie.
Așadar și în cazul lotului ținut în întuneric și în cazul lotului ținut sub lumină de roșu îndepărtat
semințele prezentau mari concentrații de fitocrom în forma Fa.
Se pare că Solanum lycopersicum L. (Tomata) este una din puținele specii care pot germi-
Fig.29: Lotul ținut timp de 14 zile sub lumină de roșu îndepărtat (stânga) după 3 zile de expunere la lumină albă
(dreapta).

51na doar prin rehidratare, fără a avea nevoie de lumină. Acest fenomen este posibil datorită unei
anumite cantități de fitocrom în forma Fi care mediază acest răspuns. Din această cauză expu-
nerea la lumină de roșu îndepărtat inhibă procesul, deoarece acea cantitate de fitocrom Fi este
rapid transformată în Fa, proces reversibil doar prin expunerea la lumină roșie, fapt verificat în
experiment. (Appenroth și colab., 2006).
EXPERIMENTUL 2 – DEZVOLTARE
Din punctul de vedere al creșterii plantelor am observat mai multe schimbări în ceea ce
privește lungimea tulpinii, grosimea tulpinii și numărul de frunze. În ciuda faptului că toate
plantele au primit o cantitate egală de energie, compoziția spectrală a influențat creșterea sem-
nificativ. (Tabel 2)
Tabel 2: Lungimea medie a tulpinii, grosimea medie a tulpinii și numărul mediu de frunze în urma expunerii la
mai multe compoziții spectrale de lumină.
Cod Lot Lungimea tulpinii
(mm)Grosimea tulpinii
(mm)Număr de frunze
W 105.9 4.60 14.3
B 62.3 2.58 16.1
WW 123.7 4.72 20.9
WFR 188.8 5.34 17.7
BW 104.9 2.62 20.5
BFR 141.7 3.33 15.9
În primul rând este important de menționat faptul că deși plantele expuse la lumină albă
au fost cu două săptămâni mai tinere, acestea s-au dezvoltat mai mult, arătând clar importanța
expunerii la lumină roșie. ( Fig.30)
De asemenea, în urma expunerii la lumină de roșu îndepărtat s-a observat o creștere
rapidă în lungime a tulpinii, efect descris des în literatura de specialitate. (Fig.28) Este de notat
faptul că lumina albă utilizată conține raze de roșu și roșu îndepărtat. Așa se poate explica faptul
că în urma expunerii la lumină albastră pură, plantele au crescut foarte puțin în ciuda avantaju –
lui de vârstă. De asemenea se observă cum acestea au crescut semnificativ în urma expunerii la
lumină albă sau de roșu îndepărtat. ( Tabel 2) și (Fig. 30)
Se observă influența luminii albastre în ceea ce privește numărul de frunze format. La
lumină albastră s-au format mai multe frunze decât la lumină albă, fapt care poate fi legat de

52123,7 105,9
188,8 105,9
104,9 62,3
141,7 62,3
50 100
Lungimea tulpinii (mm)150 200 0(A) Lungimea Tulpinii
WW
WFR
BW
BFR
Lumină albă Lumină roșu îndepărtat Lumină albastră
4,72 4,60
5,34 4,60
2,62 2,58
3,33 2,58
1 2 4 6 0(B) Grosimea Tulpinii
Lumină albă Lumină roșu îndepărtat Lumină albastră3 5
Grosimea tulpinii (mm)WW
WFR
BW
BFR
20,9 14,3
17,7 14,3
20,5 16,1
15,9 16,1
5 15 25 0(C) Număr de frunze
Lumină albă Lumină roșu îndepărtat Lumină albastră10 20
Număr de frunzeWW
WFR
BW
BFR
Fig.30: Diagramă ce reprezintă cei trei parametrii măsurați de-a lungul experimentului de creștere: Lungimea
tulpinii, Grosimea Tulpinii, Numărul de frunze.

53vârsta mai înaintată a plantelor aflate în camera cu lumină albastră. Ceea ce este interesant însă,
este faptul că în urma expunerii la lumină albă față de lumina de roșu îndepărtat, numărul de
frunze a crescut, fapt care certifică importanța luminii albastre în dezvoltarea foliară.
Grosimea tulpinii pare să fie și aceasta influențată de lumina de roșu îndepărtat întrucât
se observă o creștere semnificativă în urma expunerii. Lumina albastră fiind se pare o alegere
mai nepotrivită în perioada de vegetație a plantelor.
EXPERIMENTUL 3 – IRADIERE CU UV-A
În acest experiment am monitorizat vizual schimbările morfologice ale perilor tectori și
secretori în urma expunerii constante la lumină suplimentare UV-A, pe lângă iluminarea cu
lumină albă (6500K)
Se poate observa clar diferența atât a perilor tectori, cât și a celor secretori de pe tegumen –
tul foliar și cel caulinar. Se observă o evidentă schimbare în ceea ce privește secreția de rășină
atât prin fotografiile realizate (Fig. 31), cât și prin mirosul foarte proeminent din camera de
vegetație și tactil prin cantitatea de substanță lipicioasă de pe frunzele proaspete.
În timp ce am observat o creștere în producția de rășină, nu este clar dacă este datorată
expunerii la lumină UV-A sau a expunerii la lumină de mare intensitate o mai lungă perioadă
de timp întrucât poziționarea camerelor nu a permis o comparație în timp real. Un asemenea
experiment reprezintă un proiect de viitor care ar putea aduce rezultate interesante.
Pentru încă o comparație am adăugat și un individ de Mentha sp. (Mentă). În timp ce
o creștere în producția de uleiuri esențiale părea promițătoare în urma mirosului pronunțat al
plantei, condițiile de laborator nu ne-au permis să terminăm acest experiment. Acesta fiind de
asemenea un proiect de viitor cu potențial în ceea ce privește rezultatele originale pe care le-ar
putea aduce.

54
Fig.31: xxxxx

55CONCLUZII
• Iluminarea controlată reprezintă una dintre cele mai importante tehnici de manipulare
a caracteristicilor de interes în plantele cultivate. Încă nu există suficiente studii pentru a putea
spune exact care dimensiune a luminii are o influență mai pregnantă în dezvoltarea acestora,
însă acest domeniu rămâne deschis pentru o multitudine se noi studii care să ducă mai departe
horticultura controlată.
• Germinația semințelor de Solanum lycopersicum L. este inhibată de lumina de roșu
îndepărtat dar are loc în întuneric continuu, fapt care confirmă teoria unei forme active de fito-
crom preexistente în sămânță.
• Creșterea plantelor este puternic influențată de compoziția spectrală a luminii la care
sunt expuse. Se confirmă informațiile adunate din literatura de specialitate, lumina de roșu
îndepărtat promovând creșterea în lungime a tulpinii, lumina albastră fiind mai nefavorabilă în
perioada vegetativa a plantei și lumina albă producând rezultate mediocre în condiții ambienta –
le optime.

56BIBLIOGRAFIE
Cărți
1. Anpo M., Fukuda H., & Wada T., 2018. Plant Factory Using Artificial Light: Adapting to Environmental Dis-
ruption and Clues to Agricultural Innovation. In Plant Factory Using Artificial Light: Adapting to Environ-
mental Disruption and Clues to Agricultural Innovation. Elsevier.
2. Boldor O., 1983. Fiziologia Plantelor lucrări practice. Editura Didactică și Pedagogocă București.
3. Burgess J., 1985. An introduction to plant cell development. Cambridge University Press.
4. Gupta S., Sharma M., Deeba F., Pandey V ., 2017. UV-B Radiation: From Environmental Stressor to Regulator
of Plant Growth. Wiley-Blackwell
5. McCluney W., 2015. Introduction to Radiometry and Photometry 2nd edition. Artech House.
6. Taiz L., Zeiger E., 2010. Plant Phisiology (Fifth Edition). Sinauer Associates, Inc.
7. Zanoschi V ., Toma C. 1985. Morfologia și anatomia plantelor cultivate. Editura Ceres.
Articole
1. Appenroth K-J., Lenk G., Goldau L., Sharma R., 2006. Tomato seed germination: regulation of different respon-
se modes by phytochrome B2 and phytochrome A. Plant, Cell & Environment, 29(4), 701–709. https://doi.
org/10.1111/j.1365-3040.2005.01455.x
2. Argyroudi-Akoyunoglou J. H., Prombona A., 1996. Light-independent endogenous circadian rhythm in the ca-
pacity for chlorophyll formation. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology , 36(3), 271–277.
https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S1011-1344(96)07380-0
3. Barbier E. B., 2004. Explaining Agricultural Land Expansion and Deforestation in Developing Coun-
tries. American Journal of Agricultural Economics, 86(5), 1347–1353. https://doi.org/10.1111/j.0002-
9092.2004.00688.x
4. Björklund J., Limburg K. E., Rydberg T., 1999. Impact of production intensity on the ability of the agricul –
tural landscape to generate ecosystem services: an example from Sweden. Ecological Economics, 29(2),
269–291. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0921-8009(99)00014-2
5. Botto J. F., Scopel A. L., Ballaré C. L., Sánchez R. A., 1998. The effect of light during and after soil cultivation
with different tillage implements on weed seedling emergence. Weed Science , 46(3), 351–357. https://doi.
org/DOI: 10.1017/S0043174500089530
6. Douglas R. H., Jeffery G., 2014. The spectral transmission of ocular media suggests ultraviolet sensitivity
is widespread among mammals. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences . https://doi.
org/10.1098/rspb.2013.2995
7. Eichhorn Bilodeau S., Wu B. Sen, Rufyikiri A. S., MacPherson S., Lefsrud M., 2019. An update on plant pho-
tobiology and implications for cannabis production. In Frontiers in Plant Science . https://doi.org/10.3389/

57fpls.2019.00296
8. Fotios S., 2013. LRT Digest 1 Maintaining brightness while saving energy in residential roads. Lighting Resear –
ch and Technology, 45, 7–21. https://doi.org/10.1177/1477153512464141
9. Franklin K. A., 2008. Shade avoidance. New Phytologist , 179(4), 930–944. https://doi.org/10.1111/j.1469-
8137.2008.02507.x
10. Gates D. M., Keegan H. J., Schleter J. C., Weidner V . R. 1965. Spectral Properties of Plants. Applied Optics.
https://doi.org/10.1364/ao.4.000011
11. Hernandez A. C., Dominguez P. A., Cruz O. A., Ivanov R., Carballo C. A., Zepeda B. R. 2010. Laser in agri-
culture. In International Agrophysics.
12. Huard S., 1997. Polarization of Light. In Polarization of Light. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1997poli.
book…..H
13. Jablonski N. G., Chaplin G. 2010. Human skin pigmentation as an adaptation to UV radiation. Proceedings of
the National Academy of Sciences of the United States of America. https://doi.org/10.1073/pnas.0914628107
14. Janick J., 2002. Ancient Egyptian agriculture and the origins of horticulture. Acta Horticulturae . https://doi.
org/10.17660/ActaHortic.2002.582.1
15. Jones M. A., 2018. Using light to improve commercial value. Horticulture Research, 5(1), 47. https://doi.
org/10.1038/s41438-018-0049-7
16. Kleijn D., Rundlöf M., Scheper J., Smith H. G., Tscharntke T. 2011. Does conservation on farmland contribute
to halting the biodiversity decline? Trends in Ecology & Evolution , 26(9), 474–481. https://doi.org/https://
doi.org/10.1016/j.tree.2011.05.009
17. Mafongoya P. L., Sileshi G. W. 2020. Chapter 3 – Indices to identify and quantify ecosystem services in sus-
tainable food systems (L. B. T.-T. R. of E. S. in S. F. S. Rusinamhodzi (ed.); pp. 43–71). Academic Press.
https://doi.org/https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816436-5.00003-2
18. Marcelis L. F. M., Broekhuijsen A. G. M., Meinen E., Nijs E. M. F. M., Raaphorst M. G. M. 2006. Quantifi-
cation Of The Growth Response To Light Quantity Of Greenhouse Grown Crops. Acta Horticulturae, 711,
97–104. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2006.711.9
19. McLaughlin A., Mineau P. 1995. The impact of agricultural practices on biodiversity. Agriculture, Ecosystems
& Environment, 55(3), 201–212. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/0167-8809(95)00609-V
20. Princé K., Jiguet F. 2013. Ecological effectiveness of French grassland agri-environment schemes for far –
mland bird communities. Journal of Environmental Management, 121, 110–116. https://doi.org/https://doi.
org/10.1016/j.jenvman.2013.02.039
21. Proykova A., Samaras T., Ion R.-M., Bruzell E., Doré J.-F., Nicolo M., O’Hagan J., Sánchez-Ramos C.,
Kerkhof L. 2018. Potential risks to human health of LEDs (Final Opinion). https://doi.org/10.13140/
RG.2.2.24119.62885
22. Sabzalian M. R., Heydarizadeh P., Zahedi M., Boroomand A., Agharokh M., Sahba M. R., Schoefs B. 2014.
High performance of vegetables, flowers, and medicinal plants in a red-blue LED incubator for indoor plant
production. Agronomy for Sustainable Development, 34(4), 879–886. https://doi.org/10.1007/s13593-014-
0209-6

5823. Saffo M. B. 1996. Symbiotic Interactions. BioScience , 46.
24. Sanderson F. J., Kucharz M., Jobda M., Donald P. F. 2013. Impacts of agricultural intensification and abandon-
ment on farmland birds in Poland following EU accession. Agriculture, Ecosystems & Environment, 168,
16–24. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.agee.2013.01.015
25. Shibayev P. P., Pergolizzi R. G. 2011. The Effect of Circularly Polarized light on the growth of plants. Interna-
tional Journal of Botany . https://doi.org/10.3923/ijb.2011.113.117
26. Singh S. S., Kumar P., Rai A. K. 2006. Ultraviolet radiation stress: Molecular and physiological adaptations in
trees. In Abiotic Stress Tolerance in Plants . https://doi.org/10.1007/1-4020-4389-9_6
27. Smith H. L., Mcausland L., Murchie E. H. 2017. Don’t ignore the green light: Exploring diverse roles in plant
processes. In Journal of Experimental Botany . https://doi.org/10.1093/jxb/erx098
28. Vince-Prue D. 1977. Photocontrol of stem elongation in light-grown plants of Fuchsia hybrida. Planta . https://
doi.org/10.1007/BF00391913
29. Xu H., Xu Q., Li F., Feng Y ., Qin F., Fang W. 2012. Applications of xerophytophysiology in plant production—
LED blue light as a stimulus improved the tomato crop. Scientia Horticulturae, 148, 190–196. https://doi.
org/https://doi.org/10.1016/j.scienta.2012.06.044
Extra
1. Canadian Wetland Inventory, (http://www.ducks.ca/cwi/ )
2. https://liftedled.com/products/underpass
Strategia națională și Planul de acțiune pentru conservarea biodiversității 2014 – 2020
European Commission, 2009. Agriculture and The Environment.
Convocation of the General Conference on Weights and Measures (26th meeting), Versailles: Bureau International
des Poids et Mesures. 13 November 2018.
Gouvernment of Canada. (1991). The Federal Policy On Wetland Conservation 1991. Policy.

59

60

Copyright Notice

© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.

Acest articol: Coordonator științific: Absolvent: Lector univ. dr. PREDAN MATEI CONSTANTINESCU GENȚIANA MIHAELA IULIA BUCUREȘTI 2020 UNIVERSITATEA DIN BUCUREȘTI… [610820] (ID: 610820)

Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.

Coordonator științific: Absolvent: Lector univ. dr. PREDAN MATEI CONSTANTINESCU GENȚIANA MIHAELA IULIA BUCUREȘTI 2020 UNIVERSITATEA DIN BUCUREȘTI… [610820]

Copyright Notice

Prodecanat didactic Facultatea de Medicină Veterinară, USAMVB 2014- [627662]

Microprocesoare, microcontrolere Prelegere 1 [612945]

SPECIALIZAREA COMUNICARE, RELAȚII PUBLICE [306785]

Strategii didactice (I) [612612]

Îmbunătățiri funciare și dezvoltare rurală [305685]

EDUCAȚIA PENTRU MEDIU COMPONENT Ă A FORM ĂRII PREUNIVERSITARE [613393]

Copyright Notice

Similar Posts