Producción de vegetales nutritivos en una fábrica de plantas

Producción de vegetales nutritivos
en una fábrica de plantas
Hiroshi Shimizu
Escuela de Postgrado de Agricultura, Universidad de Kyoto
Traducido al español por: Eduardo Pittí – FCA – UP
Fábrica de Plantas en Japón (2014)
Número total de fábrica de plantas
Operadas comercialmente en Japón
Más de 200 fábricas de plantas son operadas comercialmente en Japón
250
200
150
165
100
185
125
106
50
0
21
28
33
33
2012
2013
2014
2015
FP híbrida
FP luz artificial
“Spread” (FP operada comercialmente)
Apariencia de fábrica de plantas
tipo bodega
1. 6 capas de camas de cultivo
2. Estructura de dos pisos
3. 21,000 lechugas por día
Producción de lechugas
frondosas dentro de FP
Mirai
Panasonic
Efecto de la Calidad de la Luz
en el Crecimiento de la Planta y
Biosíntesis de Componentes Nutricionales
7
Efecto de la Luz Azul en el Crecimiento de Lechuga (1)
(Universidad de Tamagawa, Japón)
Red Fire
Luz mezclada Roja y Azul
PPF: 200mmol m-2 s-1
PP: 16 horas
Peso húmedo
Efecto de la calidad de la luz en el peso húmedo de lechuga
(modificado de Oshima et al., 2011)
8
Efecto de la Luz Azul en el Crecimiento de Lechuga(2)
(Universidad de Tamagawa, Japón)
Componentes funcionales
B0 suppress biosynthesis
Red Fire
Antocianinas
PPF: 200mmol m-2 s-1
PP: 16 horas
Ácido ascórbico
Efecto de la calidad de la luz en el contenido de antocianinas y ácido ascórbico
(modificado de Oshima et al., 2011)
9
Efecto de la Luz Azul en el Crecimiento de Lechuga (3)
(Instituto de Investigación Central de la Industria de Potencia Eléctrica [CRIEPI], Japón)
PPF: 200mmol m-2 s-1
PP: 24 horas
8 diferentes fuentes de luz
Específicamente
respuestas debajo de
405 nm
Komatsuna
Espinaca
japonesa
Efecto de luz azul en el contenido de ácido ascórbido en espinaca japonesa (Brassica rapa)
(modificado de Kitazaki et al., 2011)
10
Efecto de la Luz Azul en el Crecimiento de Lechuga (4)
(CRIEPI, Japón)
PPF: 300mmol m-2 s-1
Ácido clorogénico
Redfire
Ácido cicórico
Efecto de la calidad de la luz en el contenido de ácido clorogénico y ácido cicórico
(modificado de Shoji et al., 2011)
11
Efecto de la Luz Azul en el Crecimiento de Lechuga (5)
(CRIEPI, Japón)
Redfire
PPF: 300mmol m-2 s-1
Total de Polifenoles
Efecto de la calidad de la luz en el total de polifenoles
(modificado de Shoji et al., 2011)
12
Mejora de Resistencia a Enfermedades por la Luz Verde
(Shikoku Research Institute Inc., Japón)
Resistencia a enfermedades↑ ← Ácido Jasmónico ← AOS, LOX
（Biosíntesis con participación de genes）
Aleno óxido sintasa（AOS)
Tratamiento Tratamiento
Num.
inductor
Azul
Lipoxigenasa （LOX)
Verde Amarillo
AOS
rRNA
Tratamiento 1 hora 2 horas
Num.
3 horas
Festival de Ingeniería 2012
Mejora de Resistencia a Enfermedades por la Luz Verde
(Shikoku Research Institute Inc., Japón)
Efecto de Antracnosis
Número de lesiones
Tratamiento
Azul
Núm.
Tratamiento Azul
Núm.
Rojo
Amarillo
Verde
Rojo Amarillo Verde
Fotoirradiación
SHIKOKU RESEARCH INSTITUTE INC.
Mejora de Resistencia a Enfermedades por la Luz Verde
(Shikoku Research Institute Inc., Japón)
SHIKOKU RESEARCH INSTITUTE INC.
Activación de la Función Inmune por Luz UV
(Panasonic, Japón)
From Panasonic’s website
Activación de la Función Inmune por Luz UV
(Panasonic, Japón)
Irradiación con luz de
una longitud de onda
específica.
Activación de la función immune
por un estímulo moderado.
Activación
Supresión de la incidencia de
mildiú polvoriento
Modificado del sitio web de Panasonic
Activación de la Función Inmune por Luz UV
(Panasonic, Japón)
Parcela de control
Incidencia de Mildiú
polvoriento.
Parcela de Luz UV
Casi no se observó
Mildiú polvoriento.
Modificado del sitio web de Panasonic
Activación de la Función Inmune por Luz UV
(Panasonic, Japón)
Comparación de la incidencia de Mildiú polvoriento
Incidencia de mildiú polvoriento (%)
Cultivar: Toyonoka
Control
Luz UV durante el día
Luz UV durante la noche
Abril 2
Abril 7 Abril 12 Abril 17 Abril 22 Abril 27 Mayo 2 Mayo 7
Modificado del sitio web de Panasonic
Rust disease of Chrysanthemum
3 hours irradiation
Number of lesion
10.5 hours irradiation
No irradiation
Intensity of UV-B (mW cm-2)
MAFF Research Project
MAFF Research Project
Number of adult insects (per 20 leaves)
Spider mite in Carnation
Irradiation of 10 (mW cm-2) UV-B
Whole night
5 hours
after sunset
5 Hours
before sunrise
non-irradiation
MAFF Research Project
Arrow indicates a point of disease
Number of lesion
Gray mold disease in Cut Rose
8 hours
irradiation
of UV-B
for 1 day
8 hours
irradiati
on
of UV-B
for 3
days
12 hours
irradiati
on
of UV-B
for 3
days
Continuous
No
No
irradiation irradiation irradiation
of UV-B for for 3 days for 3 days
3 days No irradiation
/no
infection
for 3 days
Efecto de la temperatura de la solución
en la biosíntesis de componentes
Nutricionales
Mejora del Componente Nutricional por tratamiento
frío en el área radicular (Universidad de Kyoto, Japón)
Variaciones por temporada en el contenido de ácido ascórbico
y ácido nítrico en cultivo abierto de espinaca
Ácido ascórbico
Concentración del ion de nitrato
T.Fujiwara,et al., Hort. Res. 4:347-352.2005
Materials and Methods
Air Temperature
LED (Shibasaki, NE02-000089)
23℃/18℃ (D/N)
Solution Controller
pH : 6.0±0.2
EC : 1.20±0.2 dSm-1
Chiller
(Sol.Temp. Cont)
LED
LED
200 μmolm-2 s-1
Plant material
Cultivar “Active”
Solution Tank
Métodos y Materiales
PPFD : 200 μmolm-2 s-1
Low Temperature
Control
Low temp
18℃
Temperature (D/N)
Photoperiod
Light Intensity（PPFD）
Solution Temperature
Duration (days)
Control
Low Temperature
23/18 ℃
23/18 ℃
14 h
14 h
200 μmolm-2 s-1
200 μmolm-2 s-1
18 ℃
4, (6, 10, 14) ℃
28
26
24
23
22
21
0
2
4
5
6
7
Experimental Conditions
Spinach plant roots were exposed to different low
temperature conditions for the respective durations
of 0, 2, 4, 5, 6 and 7 days.
Durations at low temperature
o
Temperature ( C)
0
4
6
10
14
2
4
5
6
24 conditions (n=5)
7
Results
Effect of the duration of root area chilling at 4oC (A), 6oC (B), 10oC (C),
and 14oC (D) on the ascorbic acid content of spinach.
The arrows indicate the days that the ascorbic acid content increased significantly for the first time.
The chilling duration that first showed a significant change in ascorbic acid
content was 4 days at 4oC, 5 days at 6oC, 6 days at 10oC, and 7 days at 14oC.
Resultados
La gráfica 3D muestra el efecto de la temperatura de la solución y la duración
en el contenido de ácido ascórbico
Resultados
Efecto de la duración del enfriamiento del área de la raíz a 4oC (A), 6oC (B), 10oC (C),
y 14oC (D) en la concentración del ion nitrato en espinaca.
Bajo todas las condiciones, la concentración del ion nitrato disminuyó
significativamente después de dos días de enfriamiento continuo.
Resultados
La gráfica 3D muestra el efecto de la temperatura de la solución y la duración
en el contenido del ion nitrato
Resultados
Efecto de la duración del enfriamiento del área de la raíz a 4oC (A), 6oC (B), 10oC
(C), y 14oC (D) en el Brix de la espinaca.
La duración de enfriamiento a la cual cambió significativamente el contenido de
sólidos solubles fue a los 4 días at 4oC, 5 días at 6oC, 6 días at 10oC y 7 días a 14oC.
Resultados
La gráfica 3D muestra el efecto de la temperatura de la solución y la duración
en el contenido de sólidos solubles
Resultados
Las gráficas 3D muestran el efecto de la temperatura de la solución y la duración
en el contenido del ácido ascórbico y del contenido de sólidos solubles
Resultados
content of AsA and brix
Chilling days to start increasing in
Duration of root area chilling (day)
La relación de la temperatura de la solución, duración de enfriamiento
y la cantidad de cada componente
8
𝒍𝟏: 𝒚 = 𝟎.𝟐𝟖𝟖𝒙 + 𝟑.𝟎𝟓
y = 0.288x + 3.05
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0
0
2
2
4
4
14
6
8
10 12
14
6
8
10 12
Temperatura de la solución (℃)
16
16
Solución de la temperature (oC)
La expresión relacional para la temperature de la solución, la duración del enfriamiento
del área dela raíz y el contenido de ácido ascórbido y de contenido de sólidos solubles
𝑦 = 0.288𝑥 + 3.05
Producción de
Materia Prima para Medicina
con Cultivos Modificados Genéticamente
Producción de Materiales Útiles con
Cultivos Modificados Genéticamente
Instituto Nacional de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología (AIST)
Interferon 産 dog
有用物質生for （イヌインターフェロン）
Área Farmacéutica
Área de cultivo
• Fresa modificada genéticamente
• Produce 300 kg de frutos de fresa por año
• Manufactura del medicamento veterinario
Interferon para un millón de perros.
http://nippon.com/ja/features/c00503/
ンフルエン
ワクチン
Papa modificada genéticamente puede
producir una vacuna de administración
oral para la influenza
http://innoplex.org/archives/6828
Efecto del Componente de la Solución en
la Biosíntesis de los Componentes
Nutricionales
Lechuga baja en Potasio
Dr. Vegetable Japan Co., Ltd.
Paciente de Diálisis
K
K
K
Cuando el potasio es mayor a 6mEq / L, hay un riesgo
de paro cardíaco. La sobredosis de potasio por la dieta
en una persona saludable es excretada.
Sin embargo, el contenido de potasio en la sangre de
pacientes de diálisis incrementa porque no pueden
excretar el potasio. Para pacientes de diálisis, el potasio
es uno de los electrolitos a los que hay que prestarle
más atención.
Valor normal
3.5-5.0mEq/L
Valor anormal
Hypokalemia
<3.5mEq/L
Hyperkalemia >5.5mEq/L
mEq : mili equivalente
(1 mEq for K = 39 mg )
Vegetal Nutritivo “Doctor Vegetable”
Comparación del contenido de potasio
El contenido de potasio fue
86
reducido
% comparado
al cultivo normal de lechuga.
/100g FW
Lechuga de
Cultivo regular
Lechuga de
Cultivo regular
De Dr. Vegetable
Lechuga baja en
Potasio
Producción de Suplementos Dietéticos
Componente Nutricional de Plantas
Pinitol de Mesembryanthemum crystallinum
´
Advanced Agri. Co. ,Ltd., Japan
Anémona de tierra
(Mesembryanthemum crystallinum)
Pinitol
• Incrementa la sensibilidad a la insulina
→ controla el nivel sanguíneo de glucosa
• Efecto inhibitorio en la acumulación de
grasa.
Pinitol
Chiro-inositol
200
Incremento de glucagón sintasa
Aceleración del metabolismo de glucosa
Mejora del nivel de glucosa
Developed
cultivation
mg/
100g FW
Normal
cultivation
mg/
100g FW
ice plant
4000
150
3000
100
2000
50
1000
0
0
rooibos
tea
dry
soybean
Proceso de Manufactura
Advanced Agri. Co. ,Ltd., Japan
semillero
Cultivado desarrollado
Las “células vejiga” son células
para aislar minerales como las
sales. El efecto osmótico produce
células vejiga que son brillantes.
cosecha
secado y
extracción
proceso de molido
Pinitol＋Ácido Fólico de M. crystallinum
KANSAI TEKKO Co. ,Ltd., Japan
Pinitol
Vitamin C
Vitamin E
Rooibos
Folic Acid
Vitamin B12
Materia Prima proveniente de Fábrica
de Plantas para Cosméticos
Producción de Material Cosmético en FP
Producción en Fábrica de Plantas
•
•
•
Seguro y sano
Cosecha estable
Costo estable
Cultivo ensayo de manzanilla
Conclusiones
1. La Fábrica de Plantas es considerada a ser impulsada en el futuro como
un nuevo estilo de producción de vegetales.
2. La Fábrica de Plantas puede producir vegetales de alto valor añadido que no
son posibles en cultivos a cielo abierto.
3. Sin embargo, el conocimiento sobre las condiciones de ambiente óptico
es muy poco.
4. Actualmente, la producción de verduras de hoja solo tiene un sentido comercial. Es necesario incrementar las especies vegetales para las fábricas de
plantas, y necesitamos promover enormemente el ahorro energético para
poder lograrlo.
5. La Fábrica de Plantas últimamente ha generado un mayor interés como el
sistema de producción de materia prima para medicinas y cosméticos.
47
¡Gracias
por su atención!