《Horticulturae》：Red:Blue LED Ratio Modulates Growth and Nutritional Quality of Brassica Microgreens Under Low Daily Light Integral
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消费者对高营养密度绿叶蔬菜的兴趣日益增长，推动了芽苗菜需求的增加。芽苗菜通常在室内LED光照条件下进行规模化生产。光质，尤其是红光和蓝光，强烈影响芽苗菜的生长和营养品质，优化红蓝光组合至关重要。本研究评估了不同红蓝LED光比例对萝卜和西兰花芽苗菜产量及营养成分
消费者对高营养密度绿叶蔬菜的兴趣日益增长，推动了芽苗菜需求的增加。芽苗菜通常在室内LED光照条件下进行规模化生产。光质，尤其是红光和蓝光，强烈影响芽苗菜的生长和营养品质，优化红蓝光组合至关重要。本研究评估了不同红蓝LED光比例对萝卜和西兰花芽苗菜产量及营养成分的影响。试验采用14 h光周期和六种LED处理（100%白光、红光或蓝光；以及红蓝比例为50:50、25:75和75:25），平均光合光子通量密度（PPFD）为163 μmol m?2 s?1。萝卜和西兰花分别于播种后7天和8天收获。在100%蓝光、红光或白光LED下生长的芽苗菜比红蓝混合处理下的更高，其中100%蓝光处理下茎伸长最显著，但干生物量最低。抗氧化活性在100%蓝光辐射下最高（跨物种平均提高16.3%），在100%红光下最低。矿质元素组成也随光质变化。红蓝比75:25处理下总氮含量最高（6.42 g 100 g?1，而红光处理下为5.89 g 100 g?1）。在西兰花芽苗菜中，红蓝比25:75和75:25处理下铁浓度最高，比单色红光、蓝光或白光处理高15–20%。总体而言，这些结果支持了先前关于蓝光辐射增强次生代谢物积累、而红蓝混合光影响矿质元素吸收的证据。这些发现强调了在受控环境生产系统中优化LED光谱以最大化芽苗菜商业和营养品质的重要性。
低日累积光照量下红蓝光比例对芸薹属芽苗菜生长与营养品质的调控效应
一、研究背景与科学问题
光是植物光合作用的主要能量来源，也是调控植物生长发育、形态建成、生理代谢最为关键的环境信号。在受控环境农业（CEA）系统中，发光二极管（LED）人工光源凭借其高能效、光谱可调谐和低热输出等优势，已成为无自然光照或太阳辐射受限条件下生产高价值作物的重要工具。芽苗菜作为播种后7–21天收获的幼嫩幼苗，凭借其丰富的营养价值和独特的风味口感，近年来在商业市场中占据日益重要的地位。西兰花（Brassica oleracea var. italica Plenck）和萝卜（Raphanus sativus L.）作为芸薹科（Brassicaceae）中广受欢迎的芽苗菜品种，其酚类物质含量和抗氧化能力尤为突出，且对光环境调控高度敏感。
有效的光环境管理涉及光辐射量、光质和光周期三个核心要素。光辐射量通常以光合光子通量密度（PPFD）表示，光周期决定24小时周期内的光照时长，二者共同决定日累积光照量（DLI），后者被认为是预测光合作用、叶片扩展和产量更为稳健的指标。光质通过激活植物体内特定光受体发挥调控作用：光敏色素主要响应红光和远红光波段，调控种子萌发、茎伸长、叶片扩展和避荫反应等过程；隐花色素和向光素则响应蓝光波段，影响向光性、气孔导度和次生代谢物生物合成。红蓝光信号通路之间存在广泛的交叉对话，使植物能够整合光谱信息并精细调节生长发育和代谢过程。
然而，现有关于红蓝光比例对芽苗菜影响的研究多在中高DLI条件（11–20 mol m?2 d?1）下开展，而商业芽苗菜生产通常采用较低的DLI水平（<10 mol m?2 d?1）。鉴于芽苗菜生长周期短，其在低DLI条件下对不同红蓝光比例的响应可能与中高DLI条件下存在显著差异。因此，在接近商业生产实际的光照条件下系统评估红蓝光比例对芽苗菜产量和营养品质的影响，具有重要的理论价值和实践意义。
二、研究设计与主要技术方法
该研究在美国宾夕法尼亚州立大学温室设施内的步入式生长室中开展，生长室平均温度22 °C，相对湿度70%。研究人员选取萝卜和西兰花两种芸薹科芽苗菜作为试验材料，种子来源于Johnny's Selected Seeds。试验设置六种LED光谱处理：100%白光（W100）、100%红光（R:B 100:0）、100%蓝光（R:B 0:100）、50%红:50%蓝（R:B 50:50）、25%红:75%蓝（R:B 25:75）和75%红:25%蓝（R:B 75:25），所有处理平均PPFD维持在163 μmol m?2 s?1，光周期14 h，平均DLI为8.23 mol m?2 d?1，属于低DLI水平。试验采用裂区设计，光质为主区因子，芽苗菜种类为副区因子，在生长室内两个架子上进行空间重复，并在连续两周内进行时间重复，每个处理×物种组合获得4个独立重复，共48个观测值。播种后，萝卜和西兰花分别于第7天和第8天收获，测定株高和鲜生物量，随后将材料分为两份，一份65 °C烘干用于干生物量和矿质元素分析，一份冷冻干燥用于植物化学物质分析。矿质元素采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）分析，总氮含量采用CN自动分析仪测定，硝酸盐含量采用Cataldo水杨酸法测定，总酚含量采用Folin–Ciocalteau法测定，抗氧化活性采用DPPH法测定，叶绿素和类胡萝卜素含量按Poudel等报道的公式计算。数据采用混合效应模型进行统计分析。
三、主要研究结果
3.1 对株高和产量构成的影响
光质显著影响芽苗菜株高，100%蓝光LED（R:B 0:100）处理下植株最高（10.2 cm），而所有红蓝混合处理（R:B 25:75、R:B 50:50、R:B 75:25）均产生最矮的株高。物种间差异明显，萝卜平均株高10.7 cm，西兰花为8.2 cm。鲜产量（FY）不受光处理影响，但萝卜产量（4.91 kg m?2）显著高于西兰花（1.69 kg m?2）。干重（DW）在147.2–161.9 g m?2之间变化，R:B 0:100处理下干生物量比R:B 100:0和R:B 75:25处理低约9%。干物质百分比（DM）不受光处理影响。
3.2 对植物化学物质含量的影响
光处理对叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均无显著影响。总酚含量（TPC）在各处理间无显著差异，范围为13.13–14.59 mg g?1 DW。然而，总抗氧化活性受光处理显著影响，纯蓝光LED（R:B 0:100）处理下抗氧化活性最高（99.05 μM Trolox g?1 DW），比100%红光（R:B 100:0）和R:B 75:25处理高19.5%。其余处理下抗氧化活性处于中间水平。
3.3 对矿质元素谱和硝酸盐含量的影响
硝酸盐浓度在各处理间无显著差异。总氮（N）含量受LED光处理和物种共同影响，R:B 25:75处理下总氮最高（6.42 g 100 g?1 DW），100%红光（R:B 100:0）下最低（5.89 g 100 g?1 DW）。西兰花氮浓度比萝卜高4.65%。磷、钾、镁含量不受光质影响，但西兰花均显著高于萝卜。在微量元素中，仅铁（Fe）受光处理和物种影响，且存在显著的光处理×物种交互效应。西兰花在R:B 25:75和R:B 75:25处理下铁浓度最高（分别为162和161 mg kg?1 DW），比白光（134.7 mg kg?1 DW）、单色红光（135.5 mg kg?1 DW）和蓝光（140 mg kg?1 DW）处理高15–20%。萝卜的铁含量不受光处理影响。
四、讨论与结论
研究人员发现，与以往多数研究中蓝光抑制下胚轴伸长的结论不同，本研究在低DLI条件下100%蓝光反而促进了茎伸长，同时降低了干生物量，表明低光条件下植物可能优先将资源分配于光捕获而非结构性生长。蓝光选择性增强抗氧化活性而不改变总酚含量，提示蓝光可能优先促进具有更高抗氧化活性的化合物积累。红蓝混合光谱增强了两种物种的总氮积累，并特异性提高了西兰花的铁含量，表明红蓝光在氮代谢和矿质元素吸收方面具有互补功能。研究强调，光谱效应的解读必须结合具体生产情境，光质响应受光强、光周期、作物周期和物种特性共同调控。对于商业芽苗菜生产者而言，应根据具体生产目标——最大化产量、调控株型或提升营养品质——制定针对性的光照策略。未来研究应整合光谱、强度、时长和基因型等多因素，并纳入远红光补充，以阐明蓝光诱导茎伸长是否属于低光适应机制。本研究结论表明，单色蓝光LED可增强抗氧化活性而不改变总酚含量，红蓝混合光谱可增强两种物种的氮积累并仅提高西兰花的铁含量，凸显了通过策略性调控光谱以定向改良芽苗菜营养和功能品质的潜在机遇。
