光谱LED灯解锁留兰香腺毛密度与生物活性代谢物积累的增效潜力

【编辑推荐】本研究通过调控不同光谱LED（R/B/RB/WW）光照条件，首次系统揭示了红蓝复合光（RB）对留兰香（Mentha spicata L.）生长的多重增效机制：不仅显著提升盾状腺毛密度至43个/mm2，更协同促进特征性单萜香芹酮（9.2 μmol/g FM）及其前体柠檬烯（0.5 μmol/g FM）的生物合成，同时激活迷迭香酸（781.5 μg/g FM）积累。研究为CEA（可控环境农业）体系下靶向提升高价值植物代谢物提供了关键技术路径。

　　

Highlight

光谱LED照明技术通过精准调控留兰香腺毛发育与代谢通路，实现植物工厂环境下药用成分的定向增强，为可持续生产高价值植物活性物质提供创新解决方案。

Plant material and experimental setup

实验选用印度药用与芳香植物中心（CIMAP）提供的留兰香（Mentha spicata L.）活体植株，经印度植物调查局鉴定认证[CNH/Tech-II/2019/24]。在印度理工学院卡拉格普尔分校的温控温室中，采用定制LED光培养系统（红/R、蓝/B、红蓝组合/RB及暖白/WW对照）进行28天处理，光强统一设定为120 μmol/m²/s，光周期16/8小时（昼/夜）。

Variation in vegetative morphometric parameters under different spectral lights

不同光谱处理下，留兰香呈现显著形态差异：单红光（R）导致植株徒长（33±3 cm）但生物量降低；红蓝复合光（RB）培育的植株虽株高适中（29±1 cm），但叶片增厚35%、分枝数提升2倍；而蓝光（B）单独处理则促进叶片横向扩展，叶面积较对照增加28%。有趣的是，暖白光（WW）组虽株高最矮（18.67±1.15 cm），但叶片数量反而最多。

Discussion

研究揭示了光谱调控的"双通道效应"：蓝光受体（cryptochromes）主要激活苯丙烷代谢途径，使迷迭香酸含量激增；而红光通过phytochrome信号显著上调GPPS（牻牛儿基焦磷酸合成酶）和LS（柠檬烯合成酶）基因表达，驱动单萜合成引擎。特别值得注意的是，RB组合光产生的协同效应使腺毛成为"微型生物反应器"——每平方毫米43个的盾状腺毛密度与香芹酮含量呈0.92的强正相关（p<0.01）。

Conclusion

本研究证实红蓝复合LED光谱是留兰香工业化培育的黄金配比，其通过"腺毛发育-代谢流重编程"的级联反应，同步提升药用成分产量与品质。该发现为构建下一代智能植物工厂提供了理论依据与技术参数。

CRediT authorship contribution statement

Dipanjali Chatterjee：主导实验设计、数据获取及论文撰写；Adinpunya Mitra：负责研究框架构建、经费支持及论文修订。

Declaration of competing interest

研究者声明：Adinpunya Mitra与印度理工学院卡拉格普尔分校存在雇佣及项目资助关系。

Acknowledgement

感谢印度科学工业研究委员会（CSIR）为Dipanjali Chatterjee提供博士奖学金[09/081(1414)/2021-EMR-I]，同时致谢Ambika Goswami女士在LED系统搭建与基因表达分析中的专业支持。