稀土转光膜通过提升草莓光合效率改善果实品质与产量的机制研究

《BMC Plant Biology》：Rare earth transfer films enhance the photosynthetic efficiency of strawberry plants, thereby improving fruit quality and yield

本研究针对设施草莓生产中光温环境调控难题，创新性地采用稀土转光膜（RPO）技术。通过系统评估RPO1和RPO2两种转光膜对温室光温环境、草莓光合特性及果实品质的影响，发现RPO2膜可显著优化光谱组成（提升蓝光/红光比例至16.25/24.27 μmol·m-2·s-1），增强Rubisco酶活性（提升44.94%）及相关基因表达，使净CO2同化率提高54.44%，单果重增加33.38%。该研究为设施农业光环境精准调控提供了新策略。

　　

一、背景与意义

草莓（Fragaria × ananassa Duch.）作为全球重要经济作物，其生长极易受环境波动影响。设施栽培中，传统农膜对光质的调控能力有限，难以满足草莓对特定光谱的需求。研究表明，紫外线和绿光对植物生长促进作用较弱，而蓝光（440-509 nm）和红光（610-709 nm）能显著提升光合效率。稀土转光膜通过将无效光转化为有益光谱，有望破解设施农业光能利用率低的瓶颈。本研究通过对比两种稀土转光膜（RPO1、RPO2）与普通PO膜的效果，系统解析其如何通过优化光环境增强草莓光合作用链式反应，最终实现品质与产量协同提升。

二、关键技术方法

研究在河北保定三个温室中进行，以“红颜”草莓为材料，设置PO膜（CK）、RPO1和RPO2三种覆盖处理。采用QE65000光谱仪和量子光量计监测温室光谱及光合光子通量密度（PPFD），通过便携式光合仪测定气体交换参数，Handy PEA分析叶绿素荧光，显微切片观察叶片解剖结构，紫外分光光度法测定色素含量，qRT-PCR检测Rubisco相关基因表达，并利用模糊数学隶属函数进行综合评价。

三、研究结果

3.1 稀土转光膜优化温室光温环境

RPO2膜显著提升温室积温（最高达529℃），使红光比例增加至24.27 μmol·m^-2·s^-1，透光率达93%。

3.2 促进植株生长与结构优化

RPO2处理使草莓总叶面积增加31.51%，叶片海绵组织排列疏松，叶柄维管束横截面积扩大18.21%，利于物质运输。

3.3 增强光合性能与酶活性

RPO2组净CO₂同化率提升至30.58 μmol·m^-2·s^-1，Rubisco酶活性提高44.94%，Rub-af1和RubLβ基因表达上调9.46%-10.45%。

3.4 提升果实品质与产量

RPO2处理使单果重达61.93 g，产量增加23.83%，VC和类黄酮含量分别提升13.56%与54.87%。

四、结论与展望

稀土转光膜通过光谱重构激活光合碳同化关键环节，从环境调控（光温）、生理响应（光合酶活性）到基因表达（Rubisco家族基因）形成正向调控网络。RPO2膜在提升红光/蓝光比例、优化维管束结构方面更具优势，其隶属函数综合评价值达0.88（CK仅为0.11）。该研究为设施农业绿色增产提供了可量化推广的技术方案，未来需进一步解析稀土元素在光信号转导中的分子机制。