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比较三种罗勒品种（Genovese、Lemon basil、Purple basil）在控制光照和开放环境下的抗氧化状态及荧光特征，结合MCR-ALS和PCA分析，发现品种特异性光胁迫响应，C2荧光成分在开放环境中短波蓝移，说明光敏感特性，同时检测到总酚、黄酮及抗坏血酸含量的品种间差异，验证荧光光谱结合多元分析的可行性。
博亚娜·日瓦诺维奇（Bojana ?ivanovi?）|索尼娅·米利奇·科米奇（Sonja Mili? Komi?）|德拉加娜·巴托利奇（Dragana Bartoli?）|安娜·塞德拉雷维奇·佐里奇（Ana Sedlarevi? Zori?）|索尼娅·韦洛维奇·约沃诺维奇（Sonja Veljovi? Jovanovi?）
贝尔格莱德大学生命科学系 – 塞尔维亚共和国国家研究所多学科研究学院，Kneza Vi?eslava 1号，11030贝尔格莱德，塞尔维亚
摘要
本研究的目的是比较三种罗勒品种（Ocimum basilicum var. Genovese – GB、Ocimum × citriodorum – LB 和 Ocimum basilicum var. purpurascens – PB）在受控光照条件下（生长室和露天环境中）抗氧化状态和荧光特征的变化。主要目标是通过结合荧光光谱学和多变量分析，识别不同品种中存在的关键荧光团及其在环境变化中的动态。多变量曲线分辨-交替最小二乘法（MCR-ALS）与主成分分析（PCA）的结合揭示了品种对生长环境条件的特异性响应。从荧光测量数据中分离出两个关键光谱成分C1和C2，并进行了多变量分析。虽然C1的发射光谱形状在所有罗勒品种和生长条件下保持一致，但C2表现出品种特异性模式，其中柠檬罗勒在露天条件下向较短波长方向发生明显蓝移，表明其对光照胁迫具有特异性敏感性。还量化了具有抗氧化活性的代谢物（总酚类和黄酮类含量、抗坏血酸以及抗氧化能力）。研究了三种品种在阳光暴露后的适应策略。在PB品种中，观察到在露天条件下抗氧化活性增加；而在GB和LB品种中，抗坏血酸含量增加，同时总酚类含量（TPC）和表皮黄酮类（EpFlav）也增加，但抗氧化活性没有相应变化。总体而言，基于特征荧光团的荧光光谱学与MCR-ALS和PCA结合的方法可以作为一种快速、无创的方法来区分不同品种和生长条件下的罗勒。研究结果表明，基于荧光的方法结合传统的抗氧化检测方法可作为预测植物应激反应的标志物。
引言
罗勒是一种常见的芳香草本植物，广泛用于各种烹饪中，以其独特的风味和营养价值而闻名（Mosadegh等人，2018；Castronuovo等人，2019）。罗勒叶中含有高水平的生物活性化合物，包括酚类和萜类化合物，这些化合物对预防多种健康问题具有重要意义（Dou等人，2019；dos S. Nascimento等人，2020；Majdi等人，2020）。此外，罗勒中的植物化学物质含量和组成取决于品种及生长环境条件（Mosadegh等人，2018；Majdi等人，2020）。随着对更健康食品需求的增加，罗勒的生产正在扩大，尤其是那些不太知名的品种，而不仅仅是传统的Genovese甜罗勒品种。
鉴于对具有增强抗氧化特性的高质量罗勒的需求增加，栽培实践得到了优化，主要集中在光照质量和强度上（Sakalauskait?等人，2013；Semenova等人，2022）。尽管罗勒的露天栽培仍然很普遍，但市场需求的增长和不可预测的天气条件增加了在受控环境农业（CEA）系统中种植不同罗勒品种的需求——如温室、高隧道和室内垂直农场（Dou等人，2017；Sipos等人，2021；Semenova等人，2022）。在受控环境中管理植物生长条件通常可以提高作物产量和营养价值，同时增加经济效益（Vir?il?等人，2023）。室内罗勒栽培的总体目标是通过诱导植物合成次生代谢物来增强其抗氧化特性，而不影响整体光合作用效率和植物生长（Skowron等人，2025）。在其他环境因素中，光照强度和质量对植物的光合作用速率、养分吸收、生物活性化合物的积累以及信号代谢、生长速率、形态和解剖特征都有显著影响（Stagnari等人，2018；Taulavuori等人，2018）。因此，CEA中的光照利用效率不仅影响植物的生长表现，还影响整个生产系统的经济可持续性（Pennisi等人，2020）。
大规模仪器方法，如气相色谱和液相色谱（包括质谱法），常用于分析植物的活性成分（Proz等人，2021；Mili? Komi?等人，2023；Aghamirzaei等人，2024）。这些方法通常成本较高且耗时较长，还会破坏样品。由于荧光光谱技术与化学计量工具的结合，其在复杂样品（如食品成分）分析中的应用有所增加。其无创和快速的方法在评估食品质量和安全性方面显示出新的前景，可用于分析样品中的荧光化合物（Stankovi?等人，2020；Radoti?等人，2023）。食品样品的复杂荧光发射光谱由多个重叠的荧光团组成，需要对其进行分析。为了分离样品总发射光谱中各个荧光团的贡献，需要在多个特定激发波长下测量一系列发射光谱。这一过程生成了激发-发射矩阵（EEMs），提供了关于样品中不同化合物荧光特性的信息。多变量曲线分辨-交替最小二乘法（MCR-ALS）已被用于不同类型食品的EEMs表征（Christensen等人，2006；Bartoli?等人，2018；Stankovi?等人，2019）。此前已有研究将荧光光谱学与先进数学方法结合用于甜罗勒的分析（Du等人，2024）。
本研究的目的是比较不同栽培条件下罗勒品种的抗氧化状态变化及其独特的荧光特征。主要目的是探讨荧光光谱学结合多变量分析如何实现罗勒品种和生长条件之间的全面和敏感区分。这种方法可以作为未来研究的基础，不仅有助于优化罗勒栽培和提升其健康益处，还可应用于其他草本和药用植物物种。
实验部分
植物材料
三种罗勒品种的种子——Ocimum basilicum var. Genovese（GB）、Ocimum × citriodorum（Ocimum basilicum和Ocimum americanum的杂交种，LB）以及Ocimum basilicum var. purpurascens（PB）——通过商业途径购买，并在含有Klasmann Potgrond H培养基（Klasmann-Deilmann，德国Geeste）的盆中发芽。两周大的均匀植株被随机分组并种植在8 × 8厘米的塑料盆中。随后将植株移栽到更大的盆中，并在生长室中再生长4周。
三种罗勒品种叶片中的表皮黄酮类和叶绿素含量
本研究发现，GB和PB品种的表皮黄酮类含量相对相似，而LB品种的EpFlav含量高出30–45%。将植株暴露在全日照下可诱导LB和GB品种中EpFlav的积累，而PB品种没有变化（图1a）。我们之前的研究也表明，将罗勒植株暴露在阳光下可诱导表皮黄酮类的积累（Mili? Komi?等人，2023），其他研究者也在其他植物物种中证实了这一点（
结论
柠檬罗勒对环境变化的敏感性最高，表现为表皮黄酮类和抗坏血酸的积累以及荧光特征的变化；而紫色罗勒的整体抗氧化能力显著增强，这突显了花青素在高光照胁迫下的关键保护作用。不同品种之间的适应反应可能是由于特定酚类化合物的品种特异性作用所致。
资助
本研究得到了塞尔维亚共和国科学技术发展与创新部（合同编号451-03-136/2025-03/200053）以及贝尔格莱德大学绿色技术中心——塞尔维亚共和国国家研究所多学科研究学院的支持。
作者贡献声明
博亚娜·日瓦诺维奇（Bojana ?ivanovi?）：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、数据可视化、方法论设计、实验设计、数据管理、概念构建。索尼娅·米利奇·科米奇（Sonja Mili? Komi?）：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、数据可视化、方法论设计、实验设计、数据管理、概念构建。德拉加娜·巴托利奇（Dragana Bartoli?）：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、方法论设计、实验设计、数据管理、概念构建。安娜·塞德拉雷维奇·佐里奇（Ana Sedlarevi? Zori?）：撰写 – 审稿与编辑、方法论设计、实验设计、数据管理。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
