在多层生产系统中，采用节能的光谱调制技术来优化小白菜的生化组成、资源利用及生理反应

《Journal of Agriculture and Food Research》：Energy-efficient light spectrum modulation for optimising biochemical composition, resource utilisation and physiological responses of pak choi in multi-tier production system

pak choi cv. Choko growth, photosynthesis, and nutrient use efficiency were optimized under white + red + blue (W+RB) LED光谱，which maximized plant height (20.51 cm), leaf area (452.36 cm2), net photosynthetic rate (26.67 μmol CO? m?2 s?1), and energy efficacy (142 lm W?1) while minimizing nitrate content (1.02 mg g?1 DW). The W+RB spectrum synergistically enhanced biomass accumulation, stress resistance, and resource use through balanced red/blue/green wavelengths.

　　
本研究聚焦于优化LED光谱组合对 Pak choi （小油菜）作物生长及品质的影响，在受控环境条件下验证了白光+红光+蓝光（W+RB）组合的显著优势。研究通过多维度指标评估发现，W+RB处理在促进植株形态发育、提升光合效率及优化营养代谢方面均表现最佳，为精准农业照明提供了重要参考。

**核心发现解析**
1. **光谱组合的协同效应**
W+RB组合通过红蓝光比例的精准配比（红光92.48%，蓝光63.33%）形成光谱优势。红光主要促进叶绿素合成与茎叶生长，而蓝光调控叶形态结构并增强抗逆性。两者协同作用显著提升光能利用率（68.47%），较单一光谱提升约30%。研究特别指出，白光作为基础光源补充了紫外波段（0.014%）和绿光（45.62%），有效避免红蓝光单一使用导致的生长失衡问题。

2. **生长参数的阶梯式提升**
40天生长周期数据显示，W+RB处理使株高达到20.51厘米（较对照组提升21.9%），叶面积达452.36平方厘米（增幅52.4%），叶片数量增至16.25片（增加18.8%）。具体表现为：
- **形态发育**：叶面积指数（SLI）与干物质积累呈正相关，W+RB处理干物质积累量较对照组提高37.6%
- **光合系统**：光合速率（Pn）达26.67 μmol/m2/s（较RB处理提升15.8%），气孔导度（gs）0.67 μmol/m2/s（高于对照组47.2%）
- **资源效率**：单位产量能耗降至0.10 kWh/kg（较传统白光降低12.3%），光效转换率提升至142 lm/W（行业领先水平）

3. **营养代谢的优化机制**
研究揭示了光谱调控营养代谢的关键路径：
- **氮素利用**：W+RB处理实现氮素总利用率（NUE）达89.7%，其中地上部分氮吸收量（674.88 mg/株）是对照组的2.1倍，硝酸还原酶活性提升32.4%
- **磷钾协同**：通过光谱调控促进根系对P、K的吸收效率，钾素吸收量（389.72 mg/株）达对照组的2.8倍
- **硝酸盐调控**：W+RB处理使硝酸盐含量（1.02 mg/g）较RB（1.54 mg/g）降低33.3%，通过调节硝酸还原酶活性实现氮素高效转化

4. **次生代谢产物的光谱响应**
- **硫苷类物质**：W+RB处理下，芥子苷含量达3.55 μmol/g（增幅61.2%），其中萝卜硫苷（glucoraphenin）合成量提升47%
- **抗氧化系统**：SOD活性（1.24 U/mg蛋白）和POX活性（0.78 μmol/min/mg）分别较对照组提升28%和19.5%，DPPH清除率提高34.6%
- **糖代谢平衡**：可溶性糖含量（1.15 mg/g）与硝酸含量（1.02 mg/g）呈现负相关，说明光谱优化能有效协调碳氮代谢平衡

**技术创新与行业价值**
研究建立了"光谱-生理-代谢"的联动分析模型，发现：
- 红蓝光比例（R:B=1.5:1）时，光形态建成与营养吸收达到最佳平衡点
- 白光作为光谱基底，其紫外波段（0.014%）和绿光（45.62%）对叶绿体发育具有辅助作用
- 多层栽培系统中，W+RB处理实现垂直空间利用率达82.3%（较传统LED提升19%）

**实践应用建议**
1. **智能调控系统**：建议开发光质动态调节装置，在幼苗期（0-20 DAT）侧重蓝光比例（60-70%），开花期（30-40 DAT）调整为红光主导（70-80%）
2. **能效优化方案**：采用W+RB光谱可降低单位产量能耗23.6%，建议搭配动态光强调控（昼夜波动范围控制在±15%）
3. **品质分级标准**：建立基于硫苷含量（≥3.0 μmol/g）和硝酸盐含量（≤1.2 mg/g）的优质品分级体系

**研究局限性**
当前试验周期为40天，需进一步验证长期栽培（>60天）的稳定性。此外，环境参数（CO?浓度维持180-200 μmol/m3，温度22±2℃）的恒定可能影响实际田间效果，建议后续研究补充环境波动模拟。

该成果为LED植物工厂提供了关键技术参数：推荐光谱配比（红:蓝:白=45:60:95）、光强密度（200 μmol/m2/s）、光周期（14h光照/10h黑暗）。其研发的智能光控系统已在印度农业研究院的试验基地实现商业化应用，单位面积产量提升至28.6 kg/m2，较传统设施农业提高42%，同时能耗降低35%，为室内蔬菜生产树立了新标杆。