绿色光质调控：探索不同波长绿光对生菜生物量与形态建成的差异化效应 中文标题

本研究针对绿光（500-600 nm）在植物工厂光环境优化中的关键作用，系统探究了不同波段绿光对生菜（Lactuca sativa）生长与形态的调控机制。通过将红蓝背景光中28%的光量子替换为515 nm、550 nm窄波段绿光及宽带绿光，发现550 nm绿光可显著提升生物量29%及叶面积18%，证实绿光通过改善冠层光分布而非单叶光合效率促进生长，为设施农业光配方设计提供了重要理论依据。

　　

在追求高效可持续的现代农业进程中，植物工厂和温室等受控环境农业系统通过精准调控光温湿气等环境因子，为实现作物高产优质提供了全新路径。然而，人工照明所消耗的巨大能量已成为制约其发展的关键瓶颈。如何提升光能利用效率（LUE, Light Use Efficiency），即单位光量子所能产生的生物量，成为科研与产业界共同关注的焦点。传统照明方案多采用红蓝光（RB）组合，因红光（600-700 nm）和蓝光（400-500 nm）被普遍认为具有较高的光合效率。而介于二者之间的绿光（500-600 nm）长期被忽视，甚至被视为“无效光”，因为植物叶片对绿光反射率较高。但近年研究发现，绿光不仅能被叶片吸收（单叶吸收率超70%，冠层超90%），还可调节气孔行为、水分利用效率及冠层光分布，对植物生长发育具有独特调控作用。更值得深入探究的是，绿光波段内部不同波长（如短波绿光与长波绿光）可能通过激活不同光受体，产生截然不同的生物学效应。目前针对绿光波段内不同区域的差异化研究仍较为缺乏，且多基于单色光环境，难以反映实际宽谱背景下的真实效应。为此，研究人员以生菜为模式作物，系统比较了不同绿光波段在红蓝背景光下对作物生长与生理的调控机制。

本研究主要采用了以下关键技术方法：利用可精确调控光谱的LED光源系统，设置了红蓝光对照（RB）及三种绿光处理（515 nm窄带、550 nm窄带及宽带绿光），各处理光强统一为212 μmol m^-2 s^-1；在人工气候室内严格控制温湿度、CO₂浓度及光周期条件下培育生菜21天；通过破坏性取样测定生物量、株高、叶面积等形态指标；使用便携式光合仪测定叶片光合气体交换参数及叶绿素荧光；通过分光光度法分析叶片色素含量；基于光子效能数据计算能量利用效率（EUE）；采用单因素方差分析（ANOVA）及最小显著差数法（LSD）进行统计学差异检验。

3.1 生物量与形态

所有绿光处理均显著提高了生菜生物量，其中550 nm绿光处理效果最优，使地上部鲜重和干重均增加29%，叶面积扩大18%，株高和叶片数也显著高于对照。这表明部分替代红蓝光为绿光可促进生菜生长，且长波绿光（550 nm）的促进效应更显著。

3.2 能量利用效率

虽然绿光处理的能量利用效率（EUE）有高于对照的趋势，但差异未达统计显著水平。从能耗角度而言，添加绿光并未降低光能利用效率，具备应用于生产实践的潜力。

3.3 叶片光合气体交换与色素含量

绿光处理未显著改变叶片操作光合速率（A_op）、气孔导度（g_sop）及内在水分利用效率（iWUE）。光合响应曲线与CO₂响应曲线参数（如V_cmax、J₁₈₀₀）也无显著变化，叶绿素与类胡萝卜素含量保持稳定。这说明绿光对单叶光合能力及色素合成无直接负面影响，生物量增长并非源于单叶光合效率的提升。

研究结论表明，在红蓝背景光中部分替换为绿光（尤其是550 nm波段）可通过改善冠层光分布而非提高单叶光合效率来显著促进生菜生长。这可能源于绿光较强的穿透能力，使冠层中下层叶片获得更多光能，进而提高整体光能捕获效率。此外，绿光处理降低了蓝光占比（从35.6%降至24.6–28.7%），而大量研究证实降低蓝光比例可缓解光抑制并促进植物扩展生长。这种形态调整（如叶面积增大、株高增加）可能进一步优化冠层结构，增强群体光能利用。值得注意的是，绿光对生物量的促进作用存在波长特异性，长波绿光（550 nm）效果优于短波绿光（515 nm）及宽带绿光，可能与不同波长光子能量差异及光受体激活特性有关。

本研究的重要意义在于首次在宽谱背景下揭示了绿光波段内部不同波长对作物生长的差异化调控效应，明确了550 nm绿光在提升生菜生物量中的最优效应，为植物工厂光配方设计提供了精准调控依据。通过证明添加绿光在维持能效的同时可显著增产，且有助于创建更适宜人工作业的自然光环境，本研究对推动设施农业节能增效与可持续发展具有重要实践价值。未来研究可进一步整合三维冠层光分布模型、动态气体交换监测及多物种验证，深入解析绿光调控植物生长的生理生态机制。