连续与脉冲LED光照对"帕德龙"辣椒产量及植物化学成分的影响机制研究

这篇研究通过对比四种LED光谱（全光谱、蓝红组合、智能全光谱及脉冲光）对辣椒（Capsicum annuum cv. 'Padrón'）从育苗到结果全周期的影响，揭示了光谱组成（R/B比值、FR比例）与脉冲光照对植株形态（茎粗、叶数）、光合活性（SPAD值、CO2固定率）、果实产量（FFW）及次生代谢物（酚酸、黄酮、FRAP抗氧化能力）的调控作用，为设施农业精准光环境设计提供理论依据。

　　

引言

辣椒（Capsicum annuum L.）作为全球重要经济作物，其室内栽培面临资源限制与品质调控挑战。研究采用西班牙"帕德龙"品种，探究LED光谱（400-780 nm）在14 h/10 h光周期下对辣椒全生长周期的影响，重点关注蓝光（B, 400-500 nm）、红光（R, 600-700 nm）、绿光（G, 500-600 nm）和远红光（FR, 700-800 nm）的协同效应。

材料与方法

实验在CEBAS-CSIC实验农场进行，设置四种LED处理：

1. 1.

   LED 1（Philips）：全光谱（R/B=2.1, R/FR=12）

2. 2.

   LED 2（GE Current）：蓝红组合（R/B=6.3, 无G）

3. 3.

   LED 3（MARS HYDRO）：智能光谱（R/B=1.2）

4. 4.

   LED 4（Perfand）：脉冲光（6 s开/关周期）

测定指标包括幼苗生物量、成株光合参数（LI-6800系统）、果实产量及HPLC-DAD-ESI/MSⁿ分析的酚类物质。

结果

幼苗阶段：LED 1处理显著增加鲜重（5.49 g/株）和干重（0.47 g/株），茎粗达3.04 mm，其全光谱最接近McCree光合曲线。脉冲光（LED 4）促进根系发育（鲜重1.24 g）。

成株表现：

• •

  光合活性：LED 1的CO₂固定率最高（7.70 μmol m^-2 s^-1），叶片温度最低（25.34°C）。

• •

  果实产量：LED 2（无FR）产量达395.21 g/株，较LED 1提高54%，但可溶性固形物（°Brix）最低（4.77）。

• •

  次生代谢：LED 1和LED 4的酚酸含量分别比LED 2高38%和29%，黄酮类物质积累趋势类似；而LED 2的FRAP抗氧化值最高（250 mg TE/kg）。

讨论

光谱平衡性是关键：全光谱（LED 1）通过激活苯丙烷代谢途径（PAL酶）促进酚类合成，而高R/B比（LED 2）通过phytochrome信号提升果实产量但降低糖分积累。脉冲光（LED 4）在维持生物量同时节能36.9%，显示产业化潜力。

生理机制：

1. 1.

   绿光（G）穿透冠层诱导防御反应，提升次生代谢物；

2. 2.

   远红光（FR）抑制与产量负相关的基因表达；

3. 3.

   蓝光（B）通过气孔调控增强光合碳同化。

结论

研究提出"阶段适配"光照策略：育苗期推荐全光谱LED 1，结果期采用LED 2（高产）或LED 4（节能+高活性成分）。该成果为设施辣椒的精准光调控提供了可量化的光谱参数（R/B 1.2-6.3，FR≤7 μmol m^-2 s^-1），兼具理论与应用价值。