A LED-Based Smart Experimental Chamber to Promote Germination and Growth of Pea and Melon Plants: Effect on the Antioxidative Metabolism

Abstract

Nowadays, the use of light emitting diodes (LEDs) is expanding for plant production purposes. Nevertheless, fewer reports studied the effect of LEDs effect on seed germination and early seedling growth. In this work, an experimental red light (RL) LED chamber coupled to an electronic control system was designed, and used to irradiate seeds of pea and melon. An intensity of 100 μmol m-2 s-1 RL was applied for up to 60 min. As a result, RL did not change the germination rate, but enhanced significantly the early seedling growth. In both plant species, 15 min RL treatment resulted in the highest increase of seedlings fresh weight and length, while longer exposure did not show any effect on seedling growth. Remarkably, RL enhanced the growth of secondary roots, which would facilitate seedling nutrition and water uptake, leading to enhanced growth. The effect of RL on the activity of the main antioxidative metabolism enzymes differed in both species, which reflects distinct mechanisms in response to a hypothetical LED light-induced oxidative stress. Altogether, these findings contribute towards the applicability of LED technology on designing seed priming treatments that improve growth and hence productivity of relevant crop plants.

Hoy en día, el uso de diodos emisores de luz (LED) se está expandiendo para fines de producción vegetal. Sin embargo, hay menos informes que estudian el efecto de los LED en la germinación de semillas y el crecimiento temprano de plántulas. En este trabajo, se diseñó una cámara experimental de luz roja (RL) LED acoplada a un sistema de control electrónico, que se utilizó para irradiar semillas de guisante y melón. Se aplicó una intensidad de 100 μmol m-2 s-1 de RL durante un máximo de 60 minutos. Como resultado, la RL no cambió la tasa de germinación, pero mejoró significativamente el crecimiento temprano de las plántulas. En ambas especies vegetales, el tratamiento con RL durante 15 minutos resultó en el mayor aumento del peso fresco y la longitud de las plántulas, mientras que una exposición más prolongada no mostró ningún efecto en el crecimiento de las plántulas. Notablemente, la RL mejoró el crecimiento de las raíces secundarias, lo que facilitaría la nutrición y la absorción de agua de las plántulas, llevando a un mayor crecimiento. El efecto de la RL en la actividad de las principales enzimas del metabolismo antioxidativo difirió en ambas especies, lo que refleja mecanismos distintos en respuesta a un hipotético estrés oxidativo inducido por la luz LED. En conjunto, estos hallazgos contribuyen a la aplicabilidad de la tecnología LED en el diseño de tratamientos de preparación de semillas que mejoren el crecimiento y, por ende, la productividad de plantas de cultivo relevantes.