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Abril 2019 | Agtech

PAR@LED de Ciencia Pura

Hágase la luz óptima para el desarollo de las plantas

Ciencia Pura fue el ganador de la categoría Agtech en el Concurso Agtech Latam Chile 2018 gracias a su sistema de aceleración de crecimiento de plantas, para viveros y centros de multiplicación de cultivos de alto valor, mediante Iluminación de precisión. El sistema PAR@LED, ya muestra un importante impacto en el ámbito de la propagación de plantas in vitro y de los viveros en Chile, así como en universidades, pero además la empresa se encuentra en un rápido proceso de internacionalización, con clientes en Perú, México y Australia.

En Chile y en otros países productores y exportadores de fruta se está viviendo un intenso recambio varietal en diferentes cultivos de alto valor económico. La tendencia general de las nuevas variedades apunta a plantas de alto estándar productivo y de excelente calidad de la fruta, y por lo general involucra el pago de un royalty. Suelen ser plantas más caras que las convencionales por lo que de ellas se espera el mejor desempeño. La industria de la fruta de exportación se está profesionalizando aceleradamente en toda la cadena productiva, desde la genética hasta la poscosecha y los fruticultores buscan establecer en sus huertos plantas sanas, uniformes y de buen desarrollo.

Este escenario ha propiciado la consolidación de laboratorios de propagación de plantas in vitro, los que son los principales clientes de Ciencia Pura, además de viveros, universidades y grandes productores frutícolas. Es así que antes de ser establecidas en el huerto, hoy es cada vez más frecuente que las especies leñosas sean propagadas in vitro, en laboratorios que las multiplican para luego entregarlas a los viveros, quienes las aclimatan y desarrollan hasta que tienen las características de una planta capaz de sobrevivir en el huerto, primero, y posteriormente, de producir por muchos años. Así mismo existen grandes viveros y grandes productores que implementaron laboratorios in vitro para propagar sus propias plantas.

Juan Pablo Matte, fundadores de Ciencia Pura.

A nivel de laboratorio in vitro, lo tradicional es que se utilice tubos fluorescentes como fuente de luz artificial para los vegetales propagados en cámaras cerradas de ambientes controlados, sin embargo, estos sistemas de iluminación diseñados para satisfacer los requerimientos del ojo humano, que por casualidad aportan parte del espectro de luz útil para las plantas, no solo son ineficientes y generan altas temperaturas, sino que están saliendo del mercado y su fabricación será descontinuada. Por su parte, las luces LED blancas, que se presentan como alternativa para reemplazar a los tubos fluorescentes, tienen un menor efecto en las plantas, las que con frecuencia se etiolan.

Matías Palacios, fundador de Ciencia Pura.

PAR@LED, por su parte, es un sistema desarrollado especialmente para aportar todo el espectro de luz e intensidad lumínica que necesitan las plantas, pero que además incide en importantes ahorros de energía en comparación con los sistemas tradicionales, permite usar de manera más eficiente el limitado espacio y, según los propios propagadores in vitro, las plantas resultantes son de mejor calidad, más ‘duras’, y posteriormente se desempeñan mejor en el huerto.

¿QUÉ ES PAR@LED?

En la agricultura protegida moderna es posible controlar variables tales como la genética de las plantas, la temperatura, la humedad relativa, el aporte de agua y nutrientes, etc.; sin embargo, un parámetro tan importante como la luz, ha sido una constante entregada a soluciones desarrolladas para los requerimientos de la visión humana. Eso ha sido hasta ahora. El doctor en biología Juan Pablo Matte, quien ha estudiado por más de 10 años la respuesta de las plantas a la luz, junto al ingeniero comercial, MBA, Matías Palacios, hace cuatro años fundaron la empresa Ciencia Pura, empresa orientada a la innovación científica en el sector agro-forestal. En base a la investigación de Matte, en la Pontificia Universidad Católica de Chile y en la Universidad de Sídney, desarrollaron el sistema PAR@LED.

UTILIDAD POTENCIAL EN VIVEROS

Dr. Juan Pablo Matte: -Por ejemplo, en invierno los viveristas logran temperatura y humedad adecuados, pero no tienen luz, razón por la que se produce muy poco en invierno. Con nuestra tecnología logramos tener primavera todo el año, controlando la temperatura, la humedad y la radiación. Incluso en verano, como la temperatura es tan alta y la radiación tan fuerte, se deben instalar mallas sombreadoras, pero muchas veces los viveristas observan que las plantas se etiolan en verano porque la calidad de la luz es mala. A pesar de que el fotoperiodo es bueno y la temperatura es adecuada y todo está correcto, se reduce la calidad de la planta porque la luz empeoró. Entonces, incluso en verano puedes usar esta tecnología para mejorar la calidad de la luz y complementar la luz del sol, mejorarla o corregirla.

PAR@LED es un sistema inteligente que fragmenta la luz blanca y entrega a las plantas el espectro de luz óptimo para cada etapa de crecimiento. El sistema combina tecnología LED, internet de las cosas y recetas de luz que se ajustan según las temporadas del año y los objetivos productivos del cliente. PAR@LED permite el control a distancia y el ajuste dinámico del régimen de luz de modo de maximizar la transformación de energía en biomasa por medio de una selección precisa del espectro de luz. Pero no solo en términos generales, sino que a nivel de especie e incluso de variedad, ya que con el apoyo de Corfo dedicaron un año a validar recetas de luz a nivel de especie frutal e incluso a nivel de variedad.

Si bien en el mercado existe oferta de luces de uso agrícola que dicen imitar la luz solar o full spectrum, estos son sistemas rígidos, no flexibles como PAR@LED, cuyo espectro lumínico solo se acerca a las necesidades de especies tales como lechuga, tomate y, más frecuentemente, marihuana; sin considerar etapa fenológica u objetivo productivo, entre otros muchos aspectos.

“En la medida que se tiene una producción más concentrada, lo que se necesita es luz, que la dispersión de la luz sea muy pareja y que la luz que recibe cada una de las plantas sea uniforme y de la misma calidad para todas ellas. Nuestro sistema, por su diseño único, permite ajustar tanto la cantidad como la calidad de luz que reciben las plantas en base a una receta específica de luz. La receta se ajusta vía web dependiendo de las diferentes especies, variedades y etapa de cultivo. En la propagación in vitro, sin luz solar, la planta depende 100% de la luz suplementaria”, explica Matías Palacios, director ejecutivo de Ciencia Pura. El sistema incluso se programa para imitar fenómenos naturales del ciclo diario como son amanecer y anochecer.

MAYOR EFICIENCIA LUMÍNICA Y AHORROS EN ENERGÍA

Como se estableció, los tubos fluorescentes utilizados tradicionalmente para suplementar luz a las planta indoor, fueron diseñados para satisfacer las necesidades de la visión humana y la luz blanca que irradian está compuesta por una parte del espectro lumínico (contiene los colores azul, verde y rojo), pese a que el espectro de luz verde no es eficiente para generar fotosíntesis. “La luz blanca puede ser descompuesta en diferentes fracciones y en lo que respecta a la fotosíntesis podemos eliminar todo el rango de luz verde, que la planta no usa eficientemente. Ya con eso logramos ahorrar un importante porcentaje del consumo. Las plantas utilizan solo el 30% de lo que le aporta una luz blanca, e incluso menos. En el caso de nuestro sistema, el 99% del espectro es específico para la planta”, explica Matte. Al eliminar el verde, la luz remanente se ve morada o rosada, lo que corresponde a combinaciones de rojo y azul.

PAR@LED es un sistema inteligente que fragmenta la luz blanca y entrega a las plantas el espectro de luz óptimo para cada etapa de crecimiento.

Matías Palacios señala que los tubos fluorescentes generan cerca de 68ºC de temperatura y PAR@LED solo 22ºC: “la eficiencia energética de nuestro sistema permite ahorrar hasta un 70% de electricidad respecto a los sistemas fluorescentes. No solo porque tubos fluorescentes consumen 50 o 60% de más energía, sino porque, además, el laboratorio completo requiere un equipo de aire acondicionado mucho más potente funcionando permanentemente de forma intensa”.

El doctor en biología Patricio Arce, además de investigador es socio de BlueScience, un centro de investigación privado y laboratorio de propagación in vitro con cerca de cuatro años de trabajo orientado a la multiplicación masiva de plantas frutales y de alto estándar. BlueScience lleva varios años utilizando la tecnología PAR@LED y en estos momentos están en proceso de cambiar todo su sistema de luces, originalmente basado en tubos fluorescentes, al sistema desarrollado por Ciencia Pura. Propagan principalmente plantas de arándano, cerezo, avellano, vides y cítricos, entre otros. Para sus cerca de 100 m2, requería de entre 400 y 500 tubos fluorescentes. “La cantidad de calor que se genera es muy alta, dice Arce, lo que obliga a tener un sistema de refrigeración que compense ese calor, por lo que se pierde energía como calor y luego se destina energía en enfriar. El sistema PAR@LED no emite calor por lo que tenemos menores requerimientos del sistema de refrigeración, el que solo funciona para mantener la temperatura ideal, pero además consume bastante menos energía eléctrica”. Otro aspecto que destaca el científico es que la vida media de un tubo PAR@LED es 5 o 6 veces superior a la vida media de un tubo fluorescente.

La eficiencia energética aporta además grandes ventajas para aumentar la productividad en espacios reducidos. “Dado que somos capaces de eliminar el 60-70% de calor del sistema, señala Palacios, las estantes en que se mantienen las plantas en los laboratorios pueden pasar de 50 cm de alto a solo 30 cm. Entonces, las repisas -que por lo general son de tres metros de altura y caben 5 o 6 pisos-, ahora tienen capacidad para 10 pisos. Lo que representa un incremento cercano al 50% de superficie útil”. Aspecto que es muy importante para Patricio Arce: “Tenemos un sistema de repisas en un espacio que es reducido, pese a lo cual tenemos capacidad para producir más de 3 millones de plantas cada seis meses. Si esas plantas las llevas a macetero, puede representar cerca de dos o tres hectáreas de vivero”.

 

EL PODER DE LA LUZ EN LA FISIOLOGÍA DE LA PLANTA

Dr. Juan Pablo Matte: -Controlando la luz podemos hacer que una planta consuma 10 veces más agua o, por el contrario, podemos reducir el consumo de agua. Podemos controlar la apertura estomática y, por esta vía, la fotosíntesis. Con esta tecnología puedo jugar con las señales de luz hacia la planta y puedo inducir a que una planta respire o haga o no haga fotosíntesis. Amanecer y atardecer son muy importantes. Por ejemplo, en el anochecer hay mayor presencia de rojo lejano y eso hace que los fitocromos se inactiven y cambian los procesos fisiológicos. Así mismo al amanecer, en que hay mayor presencia de azul que de rojo hay una nueva respuesta fisiológica. Las plantas son organismos sésiles, no pueden moverse, y tienen que responder según la lectura al estímulo ambiental. Hay tres aspectos ambientales básicos: temperatura, humedad relativa y luz. En ese orden. Primero la planta reacciona a la temperatura y si se sale del rango óptimo, ningún otro proceso ni ninguna otra señal es importante. Segundo está la humedad relativa. Si la temperatura está OK, pero la humedad relativa está fuera del rango, la planta igualmente va a cerrar los estomas y nada más importará. Sin embargo, cuando tengo esos dos parámetros a niveles adecuados, la luz pasa a ser fundamental. Esta corresponde al tercer factor, pero uno que hasta hoy el productor no controlaba. Entonces, basados en el talento de esos productores expertos en controlar temperatura y humedad relativa, les estamos dando las herramientas para que sean expertos en iluminación.

INCREMENTO DE RENDIMIENTO EN PROPAGACIÓN IN VITRO

“A través de nuestro equipo de Investigación y Desarrollo, el apoyo de CORFO y de un gran número de clientes, tanto en Chile como en Perú y Australia, hemos desarrollado un sistema de aceleracion de crecimiento de plantas en base a tecnología LED, que permite realizar un control y ajuste dinámico del régimen de luz más adecuado para conseguir una mayor productividad en la multiplicación de plantas. La tecnología desarrollada por nosotros, con diseños únicos, incluye PAR@LED Bars®, con espectro de luz ajustable y de fácil instalación; estación experimental local, para explorar nuevas recetas de luz y sistema de ajuste; y monitoreo vía web, con ciclos que pueden ser diarios, semanales y mensuales”, señala Matías Palacios.

Como PAR@LED fragmenta la luz blanca y entrega a la planta el espectro específico que necesita en cada etapa de crecimiento, es posible reducir el tiempo de producción y lograr importantes aumentos de rendimiento. “En algunas variedades de arándano hemos logrado aumentos de producción, ya validados, de entre 50 y 100%, ya que esta es una especie muy sensible a la luz, particularmente en la etapa de propagación. En avellano logramos incrementar la producción de plantas en entre 30 y 50% y en cerezo en entre 25 y 50%. Por esto la planta puede estar lista para ser entregada al vivero, ya no en seis meses, por ejemplo, sino que en cuatro meses”, determina por su parte Juan Pablo Matte.

“El desarrollo que manifiestan las plantas con estas luces es superior al que logramos con las luces blancas. Además, los tubos fluorescentes que usábamos están saliendo del mercado. Por esto, sí o sí hay que pasarse a la tecnología LED”, explica Arce.

Sin embargo, el investigador afirma que BlueScience se cambió a PAR@LED porque esta es una tecnología superior. “Primero intentamos con luces LED blancas convencionales, pero rápidamente dimos el salto a PAR@LED, ya que es capaz de generar una radiación lumínica óptima para cada especie. Podemos regular la intensidad y seleccionar una combinación de luz para la especie A y otra para la especie B. Es un sistema muy versátil, el software permite evaluar y probar distintas intensidades y combinaciones de rojo y azul para decidir cuál es la receta óptima y luego aplicarla a todas las plantas de esa especie. Con el apoyo de Ciencia Pura vamos desarrollando recetas para cada una de las especies e incluso recetas por variedad”, apunta Arce.

Antes de ser establecidas en el huerto, hoy es cada vez más frecuente que las especies leñosas sean propagadas in vitro, en laboratorios que las multiplican para luego entregarlas a los viveros.

En términos más generales, la selección de la receta de luz dependerá de la etapa de crecimiento: multiplicación, aclimatación o enraizamiento. La base de datos de Ciencia Pura cuenta con más de 100 recetas de luz validadas en cultivos tales como arándanos, cerezos, avellanos, nogales, vides, pinos, eucaliptus y hortalizas, entre otros. El sistema permite combinar múltiples recetas de luz dentro de una misma cámara de multiplicación y ajustarlas fácilmente ante cambios de demanda.

“En un laboratorio in vitro de 100 m2, por ejemplo, definimos secciones de 10 m2 y en cada una de esas unidades se pueden regular una receta, pero además dejamos un metro cuadrado como ‘estación de validación’ donde probamos nuevas recetas por especie o por variedad. La validación demora el tiempo que tarda el ciclo de la variedad o especie, en arándano puede ser un período de 45 días. Pero como con PAR@LED son solo 30 y en algunos casos puede llegar a 20 días, entonces se valida en 20 días. Si funciona, se revalida otros 20 días y entonces, luego de 40 días, puedes decidir cambiar toda una sección a la nueva receta. En ese proceso se combina nuestra investigación, nuestros equipos y el talento y conocimiento del propagador. Cada mes nos juntamos con el cliente o por videoconferencia y hacemos seguimiento a las pruebas”, explica Palacios.

Si bien las recetas base, por especie propagada, ya inciden en un incremento de producción, estas recetas se pueden llevar a nivel de variedad. “En arándano trabajamos con Star, Emerald y Snowchaser y las tres variedades respondieron a la receta base con un aumento del 20% de producción, pero después afinamos e hicimos varias recetas. Ante la receta específica, Snowchaser –por ejemplo- reaccionó aumentando la producción en un 100%”, destaca Matte.

MEJOR CALIDAD DE PLANTA PROPAGADA

Juan Pablo Matte indica que las plantas desarrolladas con PAR@LED son fácilmente diferenciables de las desarrolladas con sistema de luz convencional, ya que, “en el caso de la planta tradicional, la tasa de fotosíntesis es muy baja. No han recibido luz suficiente para la fotosíntesis por lo que las plantas se deben aclimatar en el vivero. Cuando la planta sale del laboratorio al sombreadero, esta requiere de un periodo largo de aclimatación hasta que comienza a responder. En cambio, con nuestra tecnología, la planta ya está aclimatada, porque ya viene haciendo fotosíntesis. Se nota a la vista porque la hoja es más gruesa”.

“Las plantas que resultan del sistema Paraled son más robustas”. Afirma Patricio Arce. “Al paso de in vitro a sustrato, continúa, los agricultores le llaman ‘endurecer’. En el caso de PAR@LED, las plantas tienen tallo más firme y son más vigorosas, lo que es muy importante para el paso a sustrato. Una planta que va bien desde que nace, en el huerto tiene un desempeño mucho mejor. No solo en arándano. Estamos haciendo mucho portainjerto para cerezo y la diferencia es notable. El comportamiento en el campo es sumamente diferente. Hemos desarrollado plantas que las hemos llevado nosotros mismo y las hemos visto como crecen, versus las plantas convencionales, que son bastante más débiles”.

El doctor en biología Patricio Arce, investigador y socio de BlueScience.

El sistema PAR@LED, desarrollado por I+D de la empresa Ciencia Pura, ya muestra un importante impacto en el ámbito de la propagación de plantas in vitro y de los viveros en Chile. El innovador sistema permite incrementar el número de ciclos vegetativos durante el año, mejorar la calidad de las plantas, minimizar los efectos de los cambios de estación y de sombra sobre vegetales, reducir el tiempo de testeo de nuevas variedades de plantas o semillas, etc. Esta tecnología, desarrollada por chilenos, puede ser la base de innovaciones en línea con el desarrollo de la agricultura protegida, inteligencia artificial, agricultura de precisión y Big Data, y es posible vislumbrar que a futuro se aplicará a cultivos de invernadero y granjas verticales; así como en cultivos a campo abierto a través de la agricultura de precisión.