不同光强连续LED光照对高羊茅生长、草坪质量及生理响应的权衡效应研究

为解决人工光照条件下草坪草生长与品质调控问题，研究人员开展高羊茅(Festuca arundinacea)连续光照(CL)强度梯度(150/300/450 μmol·m-2 ·s-1 )实验。发现CL300可提升NDVI和色泽指数至5分优质标准，但CL450引发淀粉粒堆积、ROS氧化损伤及矿质元素流失，揭示碳水化合物积累与光氧化损伤是品质下降主因，为工厂化草坪生产提供光调控理论依据。

　　

在城市化进程加速的背景下，传统草坪生产面临耕地资源短缺的严峻挑战，植物工厂成为可持续解决方案。然而，人工光照环境下草坪草的生长品质调控仍存在重大科学盲区——连续光照(Continuous Lighting, CL)作为提升光合效率的关键技术，其光强阈值与损伤机制在草坪草中尚未阐明。高羊茅作为冷季型草坪草代表，其形态建成与生理响应机制对光照参数的敏感性直接决定工厂化生产的可行性。

北京林业大学的研究团队通过精确控制红蓝光比例(7:1)，设置16h/8h正常光照(NL)与150/300/450 μmol·m^-2
·s^-1
连续光照(CL150/CL300/CL450)处理，系统解析了光强对高羊茅生长-品质-生理的调控网络。研究发现CL300处理使草坪质量评分达最优等级5分，而CL450引发叶片黄化，NDVI显著降低。该成果发表于《Scientia Horticulturae》，为人工光草坪生产提供了首个光强优化理论框架。

研究采用透射电镜观测叶绿体超微结构，结合抗氧化酶(SOD/POD/CAT/APX)活性检测和丙二醛(MDA)含量测定，揭示光氧化损伤机制；通过元素分析仪和ICP-OES测定矿质元素(N/P/K/Ca/Mg)含量，明确营养代谢与光强的关联性；利用WinRHIZO根系分析系统量化形态建成响应。

3.1 草坪质量响应
CL300使NDVI和色泽指数较NL提升19.3%和14.7%，但CL450处理出现叶片萎蔫，品质评分降至3分。相关性分析显示MDA含量与叶绿素呈显著负相关(r=-0.82)，证实光氧化损伤是品质下降主因。

3.2 生长参数变化
CL450处理下根系体积达2.38 cm³
，较NL增加37.6%，但叶面积减少16.9%，呈现"强根弱叶"的适应策略。生物量积累显示CL300与CL450的地上部干重分别为574.09和705.84 g·m^-2
，证实适度光强促进碳分配。

3.3 叶绿体超微结构
电镜观察发现CL450处理叶绿体中淀粉粒占比达27.4%，较NL增加3.2倍，伴随嗜锇颗粒数量增加，表明碳代谢失衡。叶绿素a/b比值在CL450下降至2.15，反映光系统II结构损伤。

3.5 碳水化合物代谢
CL450处理的叶片淀粉含量较NL提升148%，可溶性糖增加89%，过量碳积累抑制了光合电子传递链功能，与MDA含量升高(r=0.91)共同构成品质下降的生理基础。

3.6 氧化应激响应
CL300维持SOD活性在128.4 U·g^-1
FW，但CL450使APX活性降低42%，导致H₂
O₂
清除能力不足，MDA积累量达NL的2.3倍。

3.7 矿质元素动态
CL450导致叶片N、K含量分别下降31%和28%，Mg流失直接影响叶绿素合成，与叶绿素a含量下降(r=0.76)形成恶性循环。

该研究首次阐明草坪草连续光照的"双刃剑"效应：CL300通过平衡碳分配与氧化还原稳态提升品质，而CL450引发"淀粉堆积-光氧化-矿质流失"级联损伤。发现叶绿体淀粉粒占比超过25%可作为光损伤的早期预警指标，为植物工厂光控系统开发提供量化依据。研究创新性地将园艺作物光损伤理论拓展至草坪体系，提出的300 μmol·m^-2
·s^-1
光强阈值已应用于运动草坪模块化生产，使建植周期缩短22%。