LED grow lights alter sorghum growth and sugarcane aphid (Hemiptera: Aphididae) plant interactions in a controlled environment

Authors

  • Ankur Limaje Department of Entomology and Plant Pathology, Oklahoma State University, Stillwater, Oklahoma 74078, USA
  • J Scott Armstrong USDA-ARS Wheat, Peanut, and Other Filed Crops Research Unit
  • Sulochana Paudyal Department of Entomology and Plant Pathology, Oklahoma State University, Stillwater, Oklahoma 74078, USA;
  • Wyatt Hoback Department of Entomology and Plant Pathology, Oklahoma State University, Stillwater, Oklahoma 74078, USA

Keywords:

plant-insect interactions, greenhouse, lighting

Abstract

Normal growth and production of plant tissues requires water, carbon dioxide, nutrients, and light. Light-emitting diodes (LED) are being used increasingly as a substitute for fluorescent or incandescent light sources in greenhouse horticulture because of their small size, durability, wavelength specificity, long operating life, and efficiency in offering photosynthetically active radiation at lowered energy costs compared to conventional lights. However, studies conducted to test the effects of these lights reveal that spectral properties of light-emitting diodes can have dramatic effects on plant morphology, nutrient uptake, and pathogen development when plants are grown under the incorrect light spectrums. We grew sorghum plants under a light-emitting diode grow panel, and compared it to plants grown under conventional fluorescent lighting within identical environmental chambers. Light-emitting diode lighting resulted in deleterious sorghum growth with fewer true leaves formed, reduced plant height, lower chlorophyll content, and an unusual pink to purple coloration of the plant tissue when compared to sorghum grown under conventional lighting. All 4 of the different sorghums grown under light-emitting diodes had 2× the amount of biomass measured as dry weights for upper (stems and leaves) and lower (root mass) when compared to the conventional lighting. When sorghums were infested with sugarcane aphid, Melanaphis sacchari (Zehntner) (Hemiptera: Aphididae), both light sources supported a similar number of aphids but plants grown under light-emitting diodes had higher damage ratings than those under conventional lights for both known resistant and susceptible sorghums. For future trials, sorghum should not be grown using the light-emitting diode lights when assessing host-plant resistance to aphid infestation.

 

 

Resumen

El crecimiento normal y la producción de tejidos vegetales requieren agua, dióxido de carbono, nutrientes y luz. Se están utilizando los diodos emisores de luz (DEL) cada vez más como un sustituto para las fuentes de luz fluorescentes o incandescentes en la horticultura de invernadero debido a su pequeño tamaño, durabilidad, especificidad de longitud de onda, larga vida útil y eficiencia en el suministro de radiación fotosintéticamente activa a costos energéticos más bajos en comparación con luces convencionales. Sin embargo, los estudios realizados para probar los efectos de estas luces revelan que las propiedades espectrales de los diodos emisores de luz pueden tener efectos dramáticos en la morfología de la planta, la absorción de nutrientes y el desarrollo de patógenos cuando las plantas crecen bajo espectros de luz incorrectos. Cultivamos plantas de sorgo bajo un panel de cultivo de diodos emisores de luz, y las comparamos con plantas cultivadas bajo iluminación fluorescente convencional dentro de cámaras ambientales idénticas. La iluminación de diodos emisores de luz dio como resultado un crecimiento perjudicial del sorgo con menos hojas verdaderas formadas, una altura reducida de la planta, un menor contenido de clorofila y una inusual coloración rosa a púrpura del tejido de la planta en comparación con el sorgo que se cultiva bajo iluminación convencional. Todos los 4 diferentes clases de sorgo cultivados bajo diodos emisores de luz tenían 2× la cantidad de biomasa medida como peso seco de las partes superiores (tallos y hojas) e inferiores (masa de las raíces) en comparación con la iluminación convencional. Cuando las plantas de sorgo estaban infestadas con el áfido de la caña de azúcar, Melanaphis sacchari (Zehntner), ambas fuentes de luz soportaban un número similar de áfidos, pero las plantas cultivadas con diodos emisores de luz tenían índices de daño más altos que los de las luces convencionales para los sorgos resistentes y susceptibles conocidos. Para ensayos futuros, el sorgo no debe cultivarse con las luces de diodo emisor de luz cuando se evalúa la resistencia de la planta hospedera a la infestación de áfidos.

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Author Biography

J Scott Armstrong, USDA-ARS Wheat, Peanut, and Other Filed Crops Research Unit

Research Entomologist / Professor Oklahoma State University, Department of Entomology and Plant Pathology

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Published

2019-04-27

Issue

Section

Research Papers