综述：利用光周期与温度调控加速育种中植物开花的机制、应用及作物多样性

本综述系统探讨了光质（Light quality）、光周期（Photoperiod）和温度（Temperature）如何协同调控作物开花时间，为加速育种（Speed Breeding, SB）技术提供理论支撑。通过优化可控环境中的PAR（光合有效辐射）、LD/SD（长日照/短日照）响应及温度阈值，可实现每年4-6代育种周期，显著提升作物改良效率，应对气候变化与粮食安全挑战。

　　

光、温度与光周期协同调控加速育种的开花机制

Abstract
加速开花是加速育种（SB）的核心环节，通过整合光周期、温度及光质调控，可显著缩短作物世代周期。分子水平上，光受体（如phytochrome）、开花整合基因（如FT）及表观遗传修饰（如vernalization）共同介导环境信号传导，为多作物育种平台优化提供靶点。

Introduction
全球人口2050年将达100亿，传统育种因世代周期长难以应对需求。SB通过可控环境（22-28°C，16-22h光照）结合LED特定光谱（红光660nm，蓝光450nm），使小麦、水稻等实现年6代繁育，较温室效率提升2倍。关键挑战在于平衡开花加速与产量性状的负相关（如种子大小降低10-15%）。

Section snippets

Definition and principles of speed breeding
SB核心是通过环境参数精确控制（光强300-500 μmol·m^-2
·s^-1
，昼夜温差8-10°C）诱导早花。冬小麦春化（VP）需求可通过4°C预处理6周解除，而长日照植物（LD）如大麦在16h光照下开花提前21天。

Overview of Flowering Pathways in Plants
五大开花通路中，光周期通路（PP）依赖CO-FT模块响应日长变化，而赤霉素通路（GP）在短日条件下补偿开花。模式植物拟南芥中，光敏色素（PHYB）抑制开花，而PHYA促进开花，揭示光谱调控的复杂性。

The role of light spectra in regulating flowering time
红光（600-700nm）通过PHYB抑制拟南芥开花，但远红光（700-800nm）通过PHYA激活FT表达。LED窄谱光实验显示，蓝光（450nm）可使大豆开花提前7天，但降低生物量15%。

Short-day vs. long-day plants
SD植物（如水稻）在<12h光照下开花，而LD植物（如小麦）需>14h。CRY1/2蓝光受体介导的昼夜钟（CCA1/LHY）调控是光周期敏感性的分子基础。

Vernalization and temperature-dependent mechanisms
春化表观标记（如FLC组蛋白去甲基化）具有跨代记忆效应。高温（30°C）可使番茄开花提前，但持续35°C导致花粉不育。

Integrated environmental control
光温互作表现为：高温（28°C）下红光促花效应增强，而低温（18°C）时蓝光更有效。多因子正交实验显示，光周期对开花时间贡献率达62%，温度占28%。

Applications in crop species
大豆SB中，逐步缩短光周期（16h→12h）可实现同步开花。藜麦通过UV-B照射增强开花同步性，但种子千粒重降低5-8%。

Trade-offs and technologies
AI模型预测，开花每提前1天，产量潜在损失0.5-1.2%。太阳能LED系统可降低SB能耗40%，而CRISPR编辑FT同源基因有望打破性状连锁。

Conclusion
优化光温参数组合可使开花时间缩短30-50%，但需作物特异性校准。未来需开发低能耗控制系统与高通量表型平台，以实现SB在资源受限地区的应用。