光质与光强协同调控：垂直农业中青紫萝卜微型菜生长及代谢产物积累的优化策略

《Journal of the Science of Food and Agriculture》：Optimization of light spectrum and intensity to enhance growth and metabolite profiles in green and purple radish microgreens cultivated in a vertical farming system

本研究通过调控LED光质（R:B比值1.9、2.1、5.5）与光强（100、200、300 μmol m?2s?1），系统评估了其对青、紫萝卜微型菜农艺性状、光合色素、糖类、有机酸及硫代葡萄糖苷（GLS）积累的影响。结果表明，高R:B比（5.5）配合高光强（300 μmol m?2s?1）可显著提升生物量与干物质含量；而低R:B比（1.9）更利于糖类、有机酸及部分GLS的积累。研究强调光环境优化需结合品种特异性，为垂直农场中微菜营养品质与产量的协同提升提供了理论依据。

　　

光质与光强对萝卜微型菜生长及代谢的调控效应

材料与方法

实验在西班牙穆尔西亚的CEBAS-CSIC研究设施的垂直农场系统中进行，选用青皮粉茎和红皮两种萝卜微型菜品种。种子播种于可降解纤维素膜上，置于黑色密封托盘，通过毛细作用吸收霍格兰营养液。光照处理采用三种商用LED光谱：NS12（R:B=1.9）、Ph2.1（R:B=2.1）和AP673L（R:B=5.5），每种光谱设三个光强水平（100、200、300 μmol m^?2s^?1），光周期12 h/12 h，环境温度22±1°C，相对湿度65±10%。培养12天后采收，测定鲜重、干重、叶面积、光合色素（叶绿素a、b、类胡萝卜素）、糖类、有机酸及GLS含量。

农艺性状

光质与光强交互作用显著影响两种萝卜微型菜的产量。在青萝卜中，AP673L光谱（R:B=5.5）在300 μmol m^?2s^?1下产量最高，而NS12光谱（R:B=1.9）下光强变化无显著影响。紫萝卜中，AP673L在200与300 μmol m^?2s^?1下产量显著优于其他处理。干物质百分比（DMP）在青萝卜中仅受光强影响，300 μmol m^?2s^?1时最高；在紫萝卜中，DMP受光谱与光强独立影响，AP673L光谱与高光强组合效果最佳。叶面积在两种品种中均受光质与光强交互作用调控，AP673L光谱在高光强下促进叶面积扩展，有利于光能捕获。

光合色素

叶绿素a在青萝卜中随光强增加而上升，在紫萝卜中受光谱调控，Ph2.1光谱（R:B=2.1）下含量最高。叶绿素b在青萝卜中受光质与光强交互影响，低R:B比（NS12）与低光强（100 μmol m^?2s^?1）组合时含量最高；在紫萝卜中，AP673L光谱与高光强（300 μmol m^?2s^?1）显著提升叶绿素b积累。类胡萝卜素含量在两种品种中均受光谱与光强交互作用影响，AP673L光谱（含远红光成分）与高光强组合最有利于其合成。

初级代谢产物与硫代葡萄糖苷

总糖含量在两种萝卜中均随光强增加而上升，NS12光谱（含紫外A与远红光）在300 μmol m^?2s^?1下糖积累最显著。有机酸积累在青萝卜中受光质与光强交互作用影响，NS12光谱下高光强促进有机酸合成；在紫萝卜中，AP673L光谱与高光强组合效果最优。GLS积累呈现品种特异性：青萝卜在低R:B比（NS12）下GLS含量最高，而紫萝卜在Ph2.1光谱（R:B=2.1）下响应更佳。光强升高普遍抑制紫萝卜GLS积累，但在青萝卜中高光强（300 μmol m^?2s^?1）与NS12光谱组合可提升GLS含量。

能量利用效率与经济效应

能量利用效率（EUE）与能量经济效率（EEE）受光谱与光强独立影响。Ph2.1光谱（R:B=2.1）在低光强（100 μmol m^?2s^?1）下能效最高，而高光强（300 μmol m^?2s^?1）虽提升产量，但能效降低。紫萝卜的EUE与EEE普遍低于青萝卜，可能与花青素合成所需额外能量消耗有关。

结论

光质与光强对萝卜微型菜的生理代谢具有显著调控作用，其中高R:B比（AP673L）与高光强组合最适于生物量积累，而低R:B比（NS12）更利于次生代谢物（如GLS）富集。品种间响应差异突出，表明光环境优化需结合基因型特性。本研究为垂直农场中微菜单产与营养品质的协同优化提供了实证依据。