藥用植物生長需要的光配方——光培養(yǎng)與表型分析優(yōu)化解決方案

      藥用植物作為化妝品、制藥和功能性食品等高附加值加工產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵原料，因其富含大量植物化學(xué)物質(zhì)，能夠通過促進健康、延緩衰老和預(yù)防疾病來提升人類生活質(zhì)量。這些化學(xué)物質(zhì)主要為植物的次生代謝產(chǎn)物。

      光照不僅是驅(qū)動光合作用的關(guān)鍵因子，更是調(diào)控次生代謝產(chǎn)物合成的核心環(huán)境信號。不同植物對光照條件的響應(yīng)存在差異，因此需要根據(jù)具體植物品種的需求，靈活調(diào)整光譜和光照強度。因此，在受控環(huán)境下開展光質(zhì)、光強與光周期的精準調(diào)控研究，已成為提升藥用植物品質(zhì)與生產(chǎn)效率的重要路徑。

      近年來，LED光源技術(shù)的發(fā)展為“光配方”研究提供了有力工具。大量研究表明，不同光譜組合（如紅、藍、綠光比例）可顯著影響植物的光合效率、形態(tài)建成及特定活性成分的積累。在此背景下，易科泰公司推出的PhenoTron®智能LED光源培養(yǎng)與表型分析平臺，集成多波段可編程LED光源與多模態(tài)表型成像系統(tǒng)，支持從光環(huán)境模擬到植物生理響應(yīng)的全程數(shù)字化分析，為藥用植物的光培養(yǎng)策略優(yōu)化與高效表型篩選提供了全面、精準的解決方案。       接下來，基于兩則易科泰技術(shù)的應(yīng)用案例，探討光譜對植藥用物生理與代謝的影響機制，揭示了光配方優(yōu)化在提升藥用植物產(chǎn)量與功能性成分方面的潛力。
 
1. LED光譜對檸檬香蜂草生長、生理特征及精油含量的影響
      檸檬香蜂草是一種含有黃酮、精油等眾多有益成分，兼具藥用與食用價值的植物。英國普利茅斯大學(xué)的研究人員們針對不同光譜對其生長、生理特征等影響開展了研究，研究中采用葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)評估了不同光譜對檸檬香蜂草光合作用活性的影響。

      該技術(shù)作為非侵入性研究手段，可精準監(jiān)測完整植物、藻類及藍藻的光合作用動態(tài)，通過測量葉綠素?zé)晒鈩恿�學(xué)參數(shù)實現(xiàn)高效分析。研究團隊運用該設(shè)備得出最大量子產(chǎn)率（QY max = Fv/Fm）和歸一化植被指數(shù)（NDVI），發(fā)現(xiàn)435納米藍光相較于其他光照條件，能顯著提升Fv/Fm和 NDVI 指標的數(shù)值。這一發(fā)現(xiàn)為光合作用調(diào)控機制研究提供了新視角。

      在藍藻、細菌和擬南芥的光合作用過程中，435納米處理對光系統(tǒng)I的激活效果更為明顯。這或許能解釋本研究中Fv/Fm和NDVI指標的顯著提升。然而研究中生物量等分析結(jié)果表明，顯著的光合作用活性并未轉(zhuǎn)化為檸檬香蜂草生長速率的提升。這可能涉及多種因素，包括光照強度、溫度等實驗條件的差異。針對該植物物種光合作用參數(shù)與生長特性之間矛盾的發(fā)現(xiàn)，仍需開展更多研究以深入理解。 2. 通過調(diào)控光照促進黃瓜菜的莖干生長及生物活性化合物的生物合成
      黃瓜菜是一種菊科假還陽參屬的一年生或二年生草本藥用植物，廣泛應(yīng)用于制藥行業(yè)及功能性食品原料領(lǐng)域。本研究通過對比人工光源環(huán)境下的不同光照條件，探究光質(zhì)對黃瓜菜生長的影響，旨在提升其生物量和活性成分含量。實驗采用三周齡幼苗，在植物工廠中分別設(shè)置對照組（熒光燈照明）及多組LED光源，持續(xù)培養(yǎng)6周。
      為比較不同光照處理下黃瓜菜葉片的葉綠素?zé)晒鈪��?shù)，在不同光處理5周后，使用葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)測定了其光系統(tǒng)Ⅱ的最大量子產(chǎn)率（QY，即Fv/Fm）、穩(wěn)態(tài)非光化學(xué)淬滅（NPQ）以及通過光系統(tǒng)Ⅱ的電子傳遞速率（ETR）。結(jié)果顯示，不同光照處理下的QY、ETR無顯著差異。但NPQ呈現(xiàn)出一定差異。       植物具有應(yīng)對光引發(fā)氧化應(yīng)激的防御機制。在基態(tài)時，葉綠素分子吸收的光能主要用于光合作用，但當(dāng)光照強度過高時，植物會通過非光化學(xué)淬滅（NPQ）機制耗散多余光能，促使葉綠素恢復(fù)基態(tài)。在相同光合有效輻射（PPFD）條件下，所有處理組中B組和R組的非光化學(xué)淬滅值（NPQs）分別達到最高和最低水平。值得注意的是，RGB組的 NPQ 值隨藍光強度增加而升高，表明光合效率有所下降。此外，電子傳遞鏈（ETR）值隨藍光強度降低而增強，這一現(xiàn)象與光合作用效率的變化趨勢一致。