综述：光照收获：LED对多种粮食作物色素积累的调控作用

这篇综述系统阐述了LED光源通过光质（红/蓝/UV等）、光强和光周期调控粮食作物（如草莓、番茄、生菜等）色素（叶绿素、类胡萝卜素、花青素等）代谢的分子机制，重点揭示了非编码RNA（miR156/157、BrmiR828等）在光信号转导中的调控作用，为设施农业中精准光调控提升作物营养价值提供了理论依据。（专业术语：非编码RNA-ncRNA、花青素-anthocyanin、光形态建成-photomorphogenesis）

　　

引言

粮食作物是人类生存的基础，其色素不仅提升感官价值，还具有药用和营养功能。随着设施农业的发展，LED光源因其光谱可调、高效节能等优势，逐步取代传统光源用于作物生产。近年研究发现，非编码RNA（如miRNA和lncRNA）在光调控色素代谢中发挥关键作用，这为精准调控作物品质提供了新思路。

LED光质、光强与光周期的概念

LED光质指光源发射的光谱分布，涵盖远红光（700-1000 nm）、红光（600-700 nm）、蓝光（400-500 nm）等不同波段。蓝光促进叶绿体发育和气孔开放，而红蓝光组合可协同促进幼苗生长。光强（光合光子通量密度，PPFD）直接影响植物光合效率，过低导致能量不足，过高则引发光抑制。光周期则通过调控开花时间等生理过程影响代谢物积累，如12-16小时光照可促进荞麦芽苗中芦丁合成。

LED光质对作物色素代谢的调控

蓝光的作用：在鞑靼荞麦中，蓝光上调苯丙氨酸解氨酶（FtPAL）和花青素合成酶（FtANS）表达，促进花青素积累。西兰花芽苗经短时蓝光照射后，β-胡萝卜素和玉米黄质含量显著增加。蓝光还通过激活隐花色素CRY2上调草莓和葡萄中花青素合成关键酶（CHS、DFR）活性。

红光的效应：豌豆幼苗在红光下β-胡萝卜素含量提升，番茄果实中番茄红素增加2.3倍。红光通过抑制PIF蛋白并激活PHY受体，上调柑橘中CitPSY、CitLCYb等类胡萝卜素合成基因表达。但红光会降低十字花科植物的总花青素含量，显示物种特异性响应。

红蓝组合光：4:1红蓝光比例使菠菜光合色素含量最高，因其匹配叶绿素a/b的吸收峰。红蓝光（1:4）还能诱导金线莲中黄酮合成基因chi和fls的表达，促进黄酮积累。

UV与其他光质：UV-B虽损伤光合机构，但能诱导拟南芥中黄酮积累作为天然紫外线过滤器。绿光可逆转蓝光诱导的花青素合成，而黄光使番茄红素含量提升15%。紫光处理则通过激活光受体UVR8显著增加番茄采后番茄红素。

光强与光周期的影响

高光强（300-400 μmol·m^-2·s^-1）促进甘蓝类胡萝卜素合成，但会导致叶黄素循环中紫黄质含量下降。光周期实验表明，24小时连续光照使水芹总黄酮含量最高，而14小时光照/10小时黑暗最适合人参叶片黄酮积累。

分子机制与非编码RNA调控

植物通过光敏色素（PHY）、隐花色素（CRY）等受体感知不同光质。蓝光通过抑制miR156/157表达，解除其对靶基因SPL9/15的抑制，从而促进花青素合成。在芸薹属中，UV和蓝光下调BrmiR828表达，解除其对花青素调控基因BrPAP1的抑制。红光则通过118个lncRNA靶向调控叶绿素合成通路中的8个关键基因。

结论与展望

LED光源通过多维调控手段提升作物色素含量，如蓝光促进花青素、红光增加类胡萝卜素。未来研究可结合多组学技术，解析光信号与植物激素互作网络，进一步优化设施农业的光环境管理策略。