Supplemental night-time LED spectrum and irradiance regulate biomass, essential oil yield, and Hep-G2 liver carcinoma cell inhibition in Perilla frutescens (L.) Britton

Le piante non sono oggetti passivi che si limitano a stare al sole; sono fabbriche chimiche attive che regolano costantemente il proprio macchinario interno in base alla luce che ricevono. La luce fa molto di più che alimentare la fotosintesi, il processo attraverso il quale le piante trasformano la luce solare in cibo. Essa funge anche da segnale, dicendo alla pianta quando crescere in altezza, quando produrre fiori e quando preparare specifici composti chimici che la aiutino a sopravvivere o a difendersi. Questi composti, spesso chiamati metaboliti secondari, includono gli oli essenziali che conferiscono alle erbe i loro profumi distintivi e le loro proprietà medicinali. Per secoli, gli agricoltori si sono affidati al ritmo naturale del giorno e della notte, ma la scienza moderna sta ora esplorando se sia possibile perfezionare questo ritmo. Aggiungendo specifici colori di luce durante la notte, i ricercatori possono potenzialmente guidare una pianta a crescere più grande, a produrre più olio o a creare un medicinale più potente, il tutto senza cambiare il suolo o i semi.

In uno studio recente condotto ad Hanoi, in Vietnam, un team di ricercatori ha indagato questa possibilità utilizzando un'erba tradizionale nota come perilla. Questa pianta, un membro della famiglia delle menthe, è ampiamente utilizzata nella cucina e nella medicina asiatica, ed è apprezzata per le sue foglie e i suoi semi che contengono oli con potenziali benefici per la salute, inclusa la capacità di combattere l'infiammazione e persino di inibire la crescita di alcune cellule cancerose. I ricercatori volevano sapere se avrebbero potuto migliorare le prestazioni della pianta integrando la luce solare naturale con la luce artificiale notturna. Non si sono limitati ad accendere una lampada generica; hanno progettato con cura nove diversi scenari di illuminazione. Ogni scenario utilizzava diodi a emissione luminosa (LED) per fornire una miscela specifica di colori — rosso, blu, verde, ultravioletto e rosso lontano — e variava l'intensità e la durata della luce. L'obiettivo era vedere quale combinazione avrebbe fatto crescere la perilla più in alto, prodotto la maggiore biomassa e generato la più alta quantità di olio essenziale con la più forte capacità di bloccare le cellule del cancro al fegato in un ambiente di laboratorio.

L'esperimento si è svolto per ventuno settimane in un campo aperto, dove le piante ricevevano la loro dose principale di energia dal sole durante il giorno. Di notte, i ricercatori accendevano i loro array di LED personalizzati per periodi compresi tra quattro e otto ore. Hanno testato diverse ricette di luce, come una miscela ricca di rosso e blu, o una che includeva la luce ultravioletta, il tutto a specifici livelli di luminosità. I risultati sono stati chiari: le piante hanno risponso drammaticamente alla luce supplementare. Ogni gruppo che ha ricevuto luce supplementare è cresciuto meglio del gruppo di controllo, che ha ricevuto solo la luce solare naturale. Tuttavia, non tutte le ricette di luce erano uguali. Un trattamento specifico si è distinto come il più efficace. Questa configurazione utilizzava una miscela di luce ultravioletta, blu, verde e rossa, fornita a un'intensità moderata per sei ore ogni notte.

Le piante coltivate sotto questo regime ottimale di sei ore sono cresciute significativamente di più e hanno prodotto quasi il doppio del peso fresco rispetto alle piante che si affidavano esclusivamente al sole. Ancora più importante, questo trattamento ha portato a un massiccio aumento del raccolto di olio essenziale. Le piante hanno prodotto quasi tre volte più olio per ettaro rispetto al gruppo di controllo. I ricercatori hanno anche analizzato la composizione chimica dell'olio e hanno scoperto che il trattamento luminoso aveva cambiato la sua composizione. L'olio delle piante con le migliori prestazioni era ricco di perilla aldeide, un composto chiave responsabile del tipico aroma della pianta e delle sue proprietà medicinali. Questo olio specifico non era solo più abbondante, ma anche più potente. Quando testato contro le cellule del cancro al fegato in laboratorio, l'olio delle piante cresciute con l'illuminazione ottimale è stato il più efficace nel bloccare la crescita delle cellule, richiedendo una concentrazione inferiore per ottenere lo stesso risultato degli oli derivanti da altri trattamenti.

Lo studio ha anche rivelato che la relazione tra luce e chimica delle piante è complessa. Mentre alcune condizioni di luce incoraggiavano la pianta a crescere di più, non producevano sempre la più alta concentrazione di un composto specifico. Ad esempio, un trattamento ha prodotto la percentuale più alta di olio in peso, ma poiché le piante erano più piccole, il quantitativo totale di olio raccolto è stato inferiore rispetto a quanto prodotto dal trattamento di sei ore. Ciò evidenzia un compromesso cruciale: massimizzare la quantità di un composto all'interno di una foglia è diverso dal massimizzare la quantità totale di quel composto raccolto da un campo. I ricercatori hanno scoperto che la luce a spettro misto di sei ore forniva il miglior equilibrio, potenziando sia le dimensioni della pianta che la qualità dell'olio prodotto.

Inoltre, lo studio ha fornito la prima prova che il colore specifico della luce utilizzata di notte può influenzare direttamente la capacità della pianta di combattere le cellule tumorali. L'olio delle piante meglio trattate è stato significativamente più efficace nell'inibire la crescita delle cellule cancerose rispetto all'olio delle piante cresciute solo sotto la luce naturale. I ricercatori hanno osservato che la presenza di determinati composti, come il limonene e la perilla aldeide, tendeva a correlarsi con una più forte attività anti-cancro, mentre altri composti sembravano avere l'effetto opposto. Ciò suggerisce che, selezionando attentamente lo spettro luminoso, gli agricoltori potrebbero potenzialmente "programmare" la pianta per produrre un medicinale più potente.

Sebbene lo studio non abbia testato l'olio sugli esseri umani, i risultati offrono uno strumento promettente per l'agricoltura. Dimostrano che l'illuminazione supplementare notturna non riguarda solo il far crescere le piante più velocemente; è un metodo preciso per personalizzare il profilo chimico delle colture medicinali. Regolando il colore e la durata della luce, è possibile indirizzare una pianta verso la produzione di rese più elevate di oli preziosi con proprietà terapeutiche potenziate. La ricerca suggerisce che il futuro della coltivazione di piante medicinali ad alto valore possa risiedere nella capacità di controllare l'ambiente luminoso, trasformando un semplice campo di erbe in una fabbrica altamente efficiente e bio-ottimizzata per la medicina.