绿光与氮素协同调控：太空生菜抗氧化物生产的优化策略及其地外生存应用

为解决太空环境中宇航员因宇宙辐射导致的健康风险，研究人员通过调控绿光强度（10%-30%）和氮浓度（2.5-18.5 mmol/L），优化了两种生菜（'youmaicai'和'rapid'）的抗坏血酸（AsA）合成代谢。研究发现品种特异性最优条件：'youmaicai'在10%绿光与2.5-10.5 mmol/L氮下AsA含量最高，而'rapid'需30%绿光与10.5-18.5 mmol/L氮。该研究为生物再生生命支持系统（BLSS）提供了提升作物营养品质的精准调控方案，对地外农业和地球可持续种植均有重要意义。

　　

在月球和火星表面执行任务的宇航员面临严峻健康挑战——缺乏地球大气层和磁层的保护，宇宙辐射和太阳风会显著增加癌症和DNA损伤风险。抗氧化物摄入成为关键防护手段，而新鲜蔬菜是其主要来源。然而，如何在封闭的太空环境中高效生产高营养价值作物？这一难题催生了生物再生生命支持系统（BLSS）的研究热潮。

中国的研究团队选择生菜（Lactuca sativa L.）作为模式作物，聚焦绿光与氮素的协同调控机制。生菜因其生长周期短、空间需求小、环境易控等特点，被NASA列为空间站农业首选作物。团队选取'油麦菜'（youmaicai）和'速生'（rapid）两个品种，通过精密控制绿光比例（480-560 nm波段占10%、20%、30%）和营养液氮浓度（2.5、10.5、18.5 mmol/L），系统分析了抗坏血酸（AsA）含量、AsA-GSH循环酶活性及GGP等关键基因表达。

研究采用人工气候室培养系统，设置16/8小时光暗周期，保持20°C恒温和65%湿度。通过HPLC（高效液相色谱）测定AsA含量，qRT-PCR（实时定量PCR）分析基因表达，并检测了单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）等酶活性。样本队列来自标准化的水培体系，确保数据可比性。

【绿光与氮营养：对植物生物量的协同效应】
前期发表于《Scientia Horticulturae》的数据显示，两种生菜的冠层干重响应模式相似，但根冠比受绿光比例与氮浓度交互作用显著影响，暗示碳氮分配策略的品种差异。

【抗坏血酸代谢的调控机制】
研究发现'油麦菜'在低绿光（10%）与中低氮（2.5-10.5 mmol/L）条件下AsA合成最活跃，其GGP基因表达上调1.8倍；而'速生'需要高绿光（30%）与中高氮（10.5-18.5 mmol/L）组合才能达到峰值。酶活性分析揭示MDHAR在'油麦菜'中活性提高37%，证实AsA-GSH循环的强化。

【分子调控网络】
通过CRY1（隐花色素1）依赖途径，绿光激活BES1转录因子，进而调控GGP表达。氮信号则通过改变MIOX（肌醇加氧酶）活性影响AsA前体供应，双因素协同优化了碳流向AsA的生物合成。

这项研究首次阐明绿光通过BR（油菜素内酯）信号通路与氮代谢网络的交叉对话调控AsA合成，为太空农业提供了可操作的栽培参数。提出的两阶段培养方案——营养生长期优化光氮组合、采收前强化抗氧化物积累——显著提升作物功能品质。该成果不仅推动封闭生态系统作物优化从"高产"向"高营养"转型，其揭示的光信号-营养代谢协同机制对地球精准农业同样具有启示意义。发表于《Life Sciences in Space Research》的这项研究，标志着中国在空间植物生理学领域取得重要突破。