非自然日长通过驯化碳水化合物节律对生菜生长无负面影响的研究

本研究探讨了日长与光周期对生菜生长及非结构性碳水化合物代谢的影响。通过设置20-28 h日长与2-6 h暗期组合，发现日长差异不影响生菜生长，而缩短暗期可提升部分品种生长性能。研究揭示了植物内源钟通过调控淀粉代谢适应非自然日长的机制，为可控环境农业的光周期优化提供了理论依据。

　　

在植物工厂和可控环境农业中，如何通过光周期调控最大化作物产量一直是研究热点。传统理论认为，植物内源钟（endogenous clock）周期与日长（day length）的匹配——即昼夜节律共振（circadian resonance），能显著提升植物生长效率。然而，这一假说在生菜（Lactuca sativa）等短周期作物中的适用性存在争议，且非自然日长（non-natural days，即≠24 h的日长）对植物碳水化合物代谢的影响机制尚不明确。

荷兰瓦赫宁根大学（Wageningen University & Research）的研究团队在《Scientia Horticulturae》发表论文，通过两项实验系统评估了日长（20-28 h）与暗期（2-6 h）对生菜生长和碳水化合物代谢的影响。实验采用气候室控制环境，通过调整光合光子通量密度（PPFD）保持总光积分（TLI）一致，结合高效液相色谱（HPLC）分析非结构性碳水化合物（NSC）动态，并利用MetaCycle算法检测代谢节律。

3.1 日长与暗期互作不影响生长形态
研究发现，日长（20-28 h）对两个生菜品种‘Danstar’和‘Jagger’的鲜重、干重及叶面积均无显著影响，仅‘Danstar’在22 h日长下干重略高。暗期缩短至2-4 h可使‘Jagger’鲜重提升18%，叶面积扩大17%，但‘Danstar’对此不敏感。特定叶面积（SLA）受暗期影响较小，表明形态可塑性有限。

3.2 碳水化合物节律驯化于日长
蔗糖和淀粉含量呈现与日长相符的节律性波动，其周期（20-28 h）精准匹配处理日长。28 h日长下蔗糖节律振幅提升60%，且相位（phase）延迟，暗示生菜内源钟周期可能接近28 h。连续光照（CL）则导致节律消失，淀粉代谢停滞。值得注意的是，24 h和28 h日长结合2 h暗期时淀粉节律缺失，推测超长光期可能引发细胞间节律去同步化。

4.1-4.3 讨论与意义
研究否定了昼夜节律共振在生菜中的普适性，揭示其通过驯化碳水化合物代谢（如线性降解淀粉）适应非自然日长。暗期≤4 h可提升部分品种生长，归因于叶面积扩大和光合时间延长，且不受日长限制。这一发现挑战了传统光周期理论，为垂直农场设计（如采用28 h日长或极短暗期）提供了新思路。

该研究首次将TLI概念引入非自然日长研究，证实生菜内源钟具有强可塑性。未来可结合转录组学解析钟控基因网络，进一步优化光能利用策略。论文数据为可控环境农业的节能增产提供了实证依据，尤其在航天生命支持系统等极端环境下具有应用潜力。