天然与LED光谱下羊毛源水解角蛋白调控生菜钙镁营养及生长的机制研究

本研究针对传统农业中钙(Ca)、镁(Mg)等次生营养元素易被忽视的问题，通过天然光与7种LED光谱对比实验，探究羊毛水解角蛋白(HK)对生菜生长及矿质营养的调控作用。结果表明HK联合Ca+Mg处理在椰糠基质中显著提升生物量达27%，且红光(R)光谱下效果最优，为废弃物资源化利用和精准农业照明提供新策略。

　　

在传统农业生产中，钙(Ca)和镁(Mg)作为次生营养元素常被忽视，但其缺乏会导致生菜等作物出现叶尖焦枯（tip burn）和老叶脉间失绿等典型症状。随着设施农业的发展，人工光源尤其是LED照明的应用日益广泛，但不同光质如何影响植物矿质营养吸收仍存在知识空白。与此同时，纺织业废弃羊毛(SW)的堆积造成严重环境压力，其富含的角蛋白能否转化为高附加值农业资源值得探索。

针对上述问题，土耳其科学和技术研究委员会(TUBITAK)资助的研究团队在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》发表论文，系统评估了羊毛水解角蛋白(HK)在天然光与7种LED光谱下对生菜生长及Ca-Mg营养的调控作用。研究发现：在椰糠基质中单独施用HK可使生菜鲜重提升26%，而HK与Ca+Mg联用使土壤栽培生菜Ca含量提升22%；红光(R)光谱下植物生物量较蓝光(B)提高126%，证实光质-营养协同增效机制。

研究采用碱性水解法（10 g NaOH + 50 g KOH，140°C/5 atm）制备HK，通过傅里叶红外光谱(FTIR)证实酰胺键断裂（1579 cm^-1峰消失）；设置4种施肥处理（对照、HK、Ca+Mg、HK+Ca+Mg）和7种LED光谱（B、B+FR等），测定DLI（每日光积分）维持在14-20 mol m^-2 day^-1；通过ICP-OES分析植物Ca、Mg含量，Kjeldahl法测定全氮(N)。

3.1 羊毛水解产物的表征
显微镜观察显示原始羊毛(SW)具有鳞片状表面结构（图1a），而HK处理后纤维断裂形成多孔结构（图1b）。FTIR证实水解导致酰胺III带（1550 cm^-1）和脂质特征峰（2800-3000 cm^-1）消失（图2），表明成功获得富含氨基酸（4.29 g/100g）的HK产物。

3.2 天然光条件下的生长响应
椰糠基质中HK处理使生菜鲜重达113 g/株，显著高于对照（89.8 g）（表3）。土壤中HK+Ca+Mg组合效果最优，干重比对照提升24%（6.70 vs 5.41 g），证实HK在无土栽培体系更具优势。

3.3 LED光谱的调控效应
红光(R)促进效果最显著，鲜重达86.9 g/株，较蓝光(B)提高126%（表4）。值得注意的是，B+FR（蓝光+远红光）组合虽抑制生长（鲜重17.5 g），但使Ca浓度提升35%，暗示光质可特异性调控营养分配。

3.4-3.5 营养元素积累
HK+Ca+Mg处理使椰糠栽培生菜Mg含量达4.40 g kg^-1，较对照提升30%（表5）。FTIR显示HK的羧基（2357 cm^-1）可能与Ca²⁺螯合，这解释了单独HK处理也能提升Ca吸收16%的机制（图3b）。

该研究首次揭示羊毛废弃物衍生的HK可通过双重机制发挥作用：既作为氨基酸源（含谷氨酸0.03 g/100g）促进氮代谢，又通过螯合作用提升Ca/Mg生物有效性。实践中推荐在椰糠基质中施用HK（3 mL/L）配合R+B复合光，可同步实现废弃物增值利用（每克羊毛产0.3g HK）和作物品质提升。未来研究可拓展至其他叶菜类作物，并探索HK在缓解盐胁迫诱导的Ca缺乏症中的应用潜力。