短日照植物光周期生长中光污染效应的重新审视：敏感物种的光子数量与质量阈值研究

推荐：本研究针对光污染(LP)对短日照植物(SDPs)光周期生长的干扰问题，系统评估了三种大豆和七种大麻栽培品种对连续光污染的敏感性阈值。研究发现最敏感品种在0.01 μmol m-2 s-1的光子通量密度下即出现开花延迟、花序发育减缓等表型变化，且红光(PPE=0.87)比白光(PPE=0.69)造成更严重的干扰。该研究为农业生产中光污染防控提供了重要生理阈值。

　　

随着城市化进程加速，夜间人工光源造成的光污染(LP)正在全球范围内改变生态系统。这种非自然的光照不仅影响动物行为，更对植物光周期感知产生深远影响。短日照植物(SDPs)作为依靠连续黑暗时长触发开花的重要作物类群，其生长发育正面临日益严重的光污染威胁。尽管前人研究表明光污染会延迟大豆开花、降低菊花观赏品质，但现代栽培品种的敏感阈值、光谱质量的影响机制等关键问题仍未阐明。

美国犹他州立大学(Utah State University)的研究团队在《Environmental and Experimental Botany》发表重要成果，通过精确控制的光照实验系统，首次建立了大豆和大麻这两种经济作物对连续光污染的敏感性阈值。研究采用三种大豆栽培品种(包括古老品种Biloxi和现代品种MN0095)及七个工业大麻品种，在可控环境(CE)中模拟不同强度(0-150 nmol m^-2 s^-1)和光谱(红光658nm vs 冷白光6500K)的夜间光污染，定量分析其对开花时间(DTF)、花序发育和株高的影响。

关键技术包括：1) 使用光谱辐射计(InSight MS-100)精确测定光敏色素光平衡(PPE/iPPE)和远红光比例(FR F)；2) 建立标准化的光周期诱导体系(12小时光照/12小时黑暗)；3) 采用低光量子传感器(SQ-640)实时监测微摩尔级光污染；4) 通过克隆繁殖确保大麻基因型一致性；5) 基于Logistic模型量化生长动态。

研究结果揭示：

1. 光污染延迟敏感品种开花

   最敏感的大豆品种Biloxi在10 nmol m^-2 s^-1红光LP下即出现显著开花延迟(7.1天)，而大麻品种Trophy Wife(TW)在同等条件下延迟达13天。光质影响表现为：红光(PPE=0.87)的干扰强度是冷白光(PPE=0.69)的1.5-2倍。

2. 光污染抑制花序发育

   LP不仅延迟开花时间，更降低花序发育速率。TW在20 nmol m^-2 s^-1红光LP下，21天时的花序直径仅为对照的50%，且呈现"早期不完全雌花序"的异常形态。

3. 光污染改变株高动态

   大豆Hoyt在150 nmol m^-2 s^-1白光LP下株高增加25%，而大麻TW却因红光LP出现生长抑制，表明不同物种对Pfr(光敏色素活性形式)的响应存在分化。

4. 品种敏感性关联临界夜长(CNL)

   研究首次发现：需要较长黑暗诱导开花的品种(如大豆Biloxi，CNL=13.5小时)对LP更敏感，而短CNL品种(如大豆MN0095，CNL=15.8小时)表现出耐受性。

这项研究建立了SDPs响应光污染的生理阈值框架，证实10 nmol m^-2 s^-1的连续光污染即可破坏敏感品种的商业生产。特别值得注意的是，现代大豆品种可能通过育种无意识选了LP耐受性，而大麻不同品种间存在10倍的敏感性差异。研究建议：在必须使用夜间照明时，应选择高FR F光谱以最小化Pfr积累，这对设施农业的光环境管理具有直接指导价值。该成果不仅为理解植物光周期感知机制提供了新视角，更为制定作物生产的夜间光照标准提供了科学依据。