LED照明促进胡萝卜贮藏根早期发育及蔗糖积累而不影响类胡萝卜素含量

本研究探讨了不同LED光谱对胡萝卜(Daucus carota L.)贮藏根发育的影响。研究人员通过比较荧光灯(F)与两种LED光源(NS12和AP67)的处理效果，发现LED照明能显著促进胡萝卜次生根增厚，上调DcPHYA、DcPHYB等光受体基因表达，增加蔗糖和淀粉积累，但不改变类胡萝卜素含量。该研究为LED技术在胡萝卜工厂化生产中的应用提供了理论依据。

　　

在现代化设施农业中，光照调控是提升作物产量和品质的关键技术。胡萝卜作为全球重要的根茎类蔬菜，其贮藏根的发育直接影响经济价值。然而，传统荧光灯(F)栽培存在能效低、光谱不可调等问题，而新兴的LED技术虽在叶菜栽培中应用广泛，但对地下贮藏器官的影响机制尚不明确。特别是光照如何通过地上部光信号传导影响地下根系的发育，以及类胡萝卜素这一重要营养物质的积累规律，都是设施农业亟待解决的科学问题。

智利大学的研究团队在《Scientia Horticulturae》发表的研究，系统比较了三种光照处理：传统荧光灯(F，富含绿光)、LED-NS12(富含蓝红光)和LED-AP67(富含红远红光)。通过表型分析、基因表达检测和代谢物测定，揭示了LED照明对胡萝卜贮藏根发育的独特调控机制。

研究采用的主要技术包括：LI-COR 180光谱仪测定光质参数；Image-J软件进行根形态分析；HPLC检测可溶性糖；实时荧光定量PCR分析基因表达；分光光度法测定类胡萝卜素含量。所有实验均在23-24℃、40%RH的受控环境中进行，使用商业品种"Nantes"胡萝卜。

3.1 LED光处理诱导胡萝卜贮藏根早期发育
研究发现，LED处理组的胡萝卜在8周时就表现出显著的次生根增厚现象。AP67处理组的根鲜重达到荧光灯组的4倍，NS12处理组的根直径是荧光灯组的3倍。这种表型变化与DcARF6(调控次生根发育)和DcARC6(参与叶绿体发育)基因的显著上调相关。值得注意的是，LED组在8周时就达到了荧光灯组12周时的生物量水平，表明LED照明能显著加速贮藏根的发育进程。

3.2 LED光处理不影响胡萝卜贮藏根类胡萝卜素含量
尽管LED处理显著上调了类胡萝卜素合成关键基因DcPSY1和DcPSY2的表达(增幅达30-50倍)，但总类胡萝卜素含量在各处理间无显著差异。这一发现提示，在胡萝卜贮藏根中，类胡萝卜素的积累可能存在转录后调控机制，如蛋白质翻译效率或代谢流分配等因素的制约。

3.3 LED光处理促进淀粉和蔗糖积累
代谢分析显示，LED处理显著提高了贮藏根中碳水化合物的积累。AP67处理使蔗糖含量增加150%，而NS12处理的淀粉含量达到荧光灯组的4倍(155 mg/g)。这种差异可能与不同LED光谱的光合效率有关：AP67富含红光(55%)促进光合产物生成，而NS12的特定光谱比例(蓝红比2:1)更利于淀粉储存。

讨论部分指出，这项研究首次系统阐明了地上部LED光照对胡萝卜地下贮藏器官发育的调控机制。特别值得注意的是，富含红光的AP67和特定蓝红比例的NS12虽然光谱特性不同，但都能促进贮藏根发育，说明光质和光强的协同效应比单一因素更重要。研究还发现，类胡萝卜素合成虽然受光信号诱导，但其最终含量可能受代谢网络平衡的严格调控。

该研究的实践意义在于：为胡萝卜工厂化生产提供了优化的LED光照方案；证实LED技术可以在不降低营养价值(类胡萝卜素含量)的前提下提高产量；揭示了光信号通过调控DcARF6等基因影响根系发育的新机制。这些发现不仅适用于胡萝卜，也为其他根茎类作物的LED栽培提供了重要参考。