采前窄谱光处理调控叶菜类蔬菜及香草化学品质的创新策略与应用潜力

本研究针对植物工厂中叶菜与香草化学品质精准调控的需求，创新性地提出采前窄谱光处理（EOP）策略。通过分析456 nm、520 nm、596 nm和663 nm四种波长光照对三种叶菜（莙荙菜、小白菜、生菜）和两种香草（罗勒、芫荽）的叶绿素、类胡萝卜素及酚类物质含量的影响，发现蓝光（456 nm）和黄光（596 nm）处理可显著提升酚类化合物和类胡萝卜素含量，但部分处理会导致生物量下降。该研究为植物工厂中品质定向调控提供了低能耗、高精准度的新方案，对功能性蔬菜生产具有重要指导意义。

　　

随着城市农业和垂直农场（Plant factories）的快速发展，消费者对本地化、无农药蔬菜的需求日益增长。在完全可控的室内环境中种植作物，为实现农产品外观、风味和营养价值的精准调控提供了前所未有的机会。特别是在光照环境调控方面，通过特定波长的LED窄谱光处理，能够影响植物的初级和次级代谢过程，从而改变其化学组成。然而，在整个生长周期中施用特定光谱可能带来生物量下降和能耗增加的问题。为此，研究人员提出了“采前光照处理”（End-of-production light treatments, EOP）策略，即在收获前短期施用窄谱光，以高效、低耗地调控作物品质。

本研究由瑞典农业科学大学Karl-Johan Bergstrand、Vilhelmiina Harju和Marika Tossavainen合作完成，旨在评估EOP处理对叶菜类和香草化学组成的调控效果，重点关注叶绿素、类胡萝卜素和总酚含量变化。论文发表于《Scientia Horticulturae》。

研究采用两个独立实验。实验一在温室环境下进行，供试植物为小白菜（Brassica rapa cv. Joi Choi F₁）、莙荙菜（Beta vulgaris cv. Perpetual Spinach）和甜罗勒（Ocimum basilicum cv. Edwina），于生长末期转入气候室，接受四种窄谱光（456 nm、520 nm、596 nm、663 nm）处理4天，光强50 μmol·m^-2·s^-1，以未处理组为对照。实验二在人工光培养室中进行，供试材料为两种生菜（Lactuca sativa cvs. Freelou 和 Javelo）、罗勒（Ocimum basilicum cv. Aromatico）和芫荽（Coriandrum sativum cv. Calypso），EOP处理条件同实验一。测定指标包括鲜重、干重、叶绿素含量指数（CCI），并通过加速溶剂萃取结合分光光度法测定叶绿素a、b，总类胡萝卜素和总酚含量（以没食子酸当量GAE表示）。实验二还采用超高效液相色谱（UHPLC）定量叶黄素和β-胡萝卜素。

3.1. Results from experiment 1

EOP处理未显著影响三种植物的鲜重，但小白菜在520 nm处理和对照组中干重较低。在化学组成方面，红光（663 nm）处理下小白菜的总酚含量显著低于其他处理和对照组。黄光（596 nm）处理显著提高了小白菜叶绿素b含量，但对莙荙菜和罗勒无显著影响。类胡萝卜素含量在各处理间无显著差异，罗勒中的含量普遍较高。

3.2. Results from experiment 2

除生菜品种Freelou外，EOP处理未显著影响叶绿素含量。生菜品种Javelo在蓝光（456 nm）处理下鲜重最低，而所有植物的干重均以对照组最高，表明EOP处理可能抑制物质积累。在次级代谢物方面，黄光处理显著提高了生菜Freelou和罗勒的总酚含量，而芫荽和生菜Javelo无显著变化。类胡萝卜素（叶黄素+β-胡萝卜素）含量在植物间差异较大，蓝光处理显著提高了Javelo生菜和芫荽的类胡萝卜素含量，但对Freelou生菜和罗勒无显著影响。叶绿素a和b含量在罗勒和芫荽的对照组中较低，其他处理则普遍较高。

研究表明，EOP处理通过窄谱光调控可有效改变叶菜和香草的化学组成，尤其蓝光和黄光在提升酚类化合物和类胡萝卜素方面表现出良好潜力。然而，这种处理也可能导致生物量下降，说明在品质与产量之间存在权衡。结果还显示，光质对化学组成的影响具有物种特异性，例如黄光对生菜和罗勒的酚类促进效应未在芫荽中体现。此外，蓝光对类胡萝卜素合成的促进作用在Javelo生菜和芫荽中较为明显。这些发现为植物工厂中针对不同作物设计低能耗、高效率的光照策略提供了重要依据。未来研究需进一步结合光强、光质与植物发育阶段，系统解析光环境对植物化学品质的调控机制。

该研究的创新在于将EOP策略应用于多种叶菜与香草，并采用多指标评价其品质调控效果，不仅验证了短时光照处理的有效性，也为植物工厂的节能生产与品质优化提供了实用方案。