Effets des couleurs de la lumière sur la production d’éléments nutritifs; les lumières DEL jouent un rôle de premier plan dans l’amélioration de la qualité nutritionnelle des plantes

Dans les cultures au champ, les plantes à fruits et à légumes n'utilisent que la lumière solaire naturelle, tandis que celles cultivées en serre peuvent aussi utiliser la lumière apportée par éclairage d'appoint, connue aussi sous le nom de lumière à « spectre complet ». La seule source de lumière écoénergétique pour les systèmes de production de plantes en serre et en cultures verticales est le système d'éclairage aux lumières DEL (diodes électroluminescentes), lequel devient de plus en plus populaire.

Parce que les lumières DEL ont des longueurs d'onde uniques, il est possible de les combiner (c'est-à-dire, lumières DEL rouge, bleue et jaune) pour obtenir différents spectres de lumière complets nécessaires aux plantes afin qu'elles soient en mesure de produire leurs propres éléments nutritifs. Toutefois, ce ne sont pas toutes les longueurs d'ondes qui sont d'égale importance, et jusqu'à ce jour, on ignorait si la lumière DEL produisait les mêmes éléments nutritifs que la lumière naturelle. Des scientifiques d'Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) ont découvert récemment que les lumières DEL ne font pas qu'accroître le rendement des plantes cultivées, mais elles peuvent également améliorer considérablement leur qualité nutritionnelle.

Tandis que les rapports précédents sur l'éclairage d'appoint portaient sur les fruits (et les lumières DEL utilisées comme éclairage d'appoint), il existe peu d'études sur les effets des lumières DEL sur les micropousses et d'autres légumes. Le chercheur d'AAC Rong Cao, Ph. D., les techniciens Lili Mats, Ph. D., Ronghua Liu, Ph. D., Zhanhui Lu, Ph. D., Oday Alrifai, Ph. D. et Honghui Zhu, Ph. D. du Centre de recherche et de développement de Guelph ainsi que Xiuming Hao, Ph. D. et Jason Lanoue, Ph. D., assistés par Celeste Little et Quade Digweed et une équipe de travailleurs de serre du Centre de recherche et de développement de Harrow, en partenariat avec Massimo F. Marcone, Ph. D. du département des Sciences des aliments de l'Université de Guelph.

Ensemble, ils ont étudié des combinaisons de lumières DEL rouge, bleue et jaune (DELrbj) de différents ratios pour voir leurs effets sur la production de caroténoïdes dans huit micropousses de brassicacées, une famille de plantes comprenant surtout des variétés de choux. Les caroténoïdes sont des éléments nutritifs qui comprennent un type de vitamine A est présent uniquement dans les plantes ainsi que des antioxydants qui sont cruciaux pour aider à réduire les risques de développement de la dégénérescence maculaire liée à l'âge (trouble oculaire entraînant des problèmes de vision).

Ils ont découvert qu'en augmentant les lumières jaune et bleue et en diminuant la lumière rouge, la teneur globale en caroténoïdes a augmenté de 20 à 44 pour cent et les teneurs en caroténoïdes individuels ont augmenté de 10 à 55 pour cent. Une étude plus poussée a démontré que l'utilisation de ces lumières a réellement activé les gènes qui produisent des caroténoïdes antioxydants. Les scientifiques ont également prouvé que les teneurs globales en antioxydants avaient augmenté grâce à cette combinaison plus élevée de lumière jaune et de lumière bleue, ce qui indique l'importance de ces couleurs de lumière pour améliorer la valeur nutritionnelle des micropousses.

« L'utilisation d'éclairage DEL avec augmentation des lumières jaune et bleue et diminution de la lumière rouge a stimulé la production d'antioxydants chez les micropousses, notamment les éléments nutritifs caroténoïdes. Cette découverte démontre que l'éclairage DEL offre de grandes possibilités pour l'amélioration de la qualité nutritionnelle des plantes, et cela pourrait offrir plus d'options aux producteurs, aux consommateurs et aux communautés nordiques qui sont tributaires des cultures abritées pour leur production d'aliments. »

- Xiuming Hao, Ph. D., chercheur, Agriculture et Agroalimentaire Canada

Pour la première fois, une étude a démontré que la lumière DEL jaune était instrumentale dans la production de caroténoïdes, ce qui a permis l'élaboration d'une nouvelle approche de production de micropousses riches en antioxydants. La compréhension des effets de l'éclairage DEL avec des lumières rouge, bleue et jaune sur l'expression génique et les processus cellulaires et moléculaires sous-jacents pourrait déboucher sur la production de micropousses et peut-être d'autres produits frais plus riches en antioxydants bénéfiques pour la santé. Cela pourrait jouer un rôle important dans les services de nutrition personnalisés et offrir plus d'options aux producteurs, aux consommateurs et aux communautés nordiques qui sont tributaires des cultures abritées pour la production d'aliments.

Principales découvertes et avantages

• L'éclairage DEL des plantes de serre avec des lumières rouge, bleue et jaune joue un rôle important, car il accroît leur rendement et leur qualité nutritionnelle. Des chercheurs ont démontré que l'exposition de micropousses de brassicacées à plus de lumières jaune et bleue et à moins de lumière rouge augmentait leur production de caroténoïdes, ce qui donne des plantes plus riches en antioxydants.
• Cette découverte pourrait déboucher sur la production de micropousses et d'autres produits frais à teneur accrue en antioxydants, des molécules contribuant à inhiber les dommages cellulaires par stress oxydatif dans le corps humain.
• Le potentiel de l'éclairage d'appoint avec des lumières DEL pour améliorer la qualité nutritionnelle des plantes pourrait offrir plus d'options aux producteurs, aux consommateurs et aux communautés nordiques qui sont tributaires des cultures abritées pour la production d'aliments.

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Renseignements connexes

• Centre de recherche et de développement de Guelph
• Centre de recherche et de développement de Harrow