红光通过调控抗氧化防御系统、Rubisco和NADPH氧化酶活性促进辣椒种子萌发与幼苗生长

本研究探讨了不同光谱LED光源对辣椒(Capsicum frutescens)种子萌发及幼苗生长的调控机制。研究人员通过红光(660 nm)、蓝光(460 nm)等光谱处理，发现2小时红光照射显著提升种子萌发率，并通过调节NADPH氧化酶(NOX)活性和H2O2水平激活抗氧化防御系统，同时上调Rubisco基因(rbcL/rbcS)表达，促进幼苗生物量积累及次级代谢物（如辣椒素、抗坏血酸）合成。该研究为LED光源在辣椒栽培中的精准应用提供了理论依据，对提升作物品质和抗逆性具有重要意义。

　　

辣椒作为一种兼具经济价值和药用价值的作物，其种子萌发和幼苗生长常受环境因素制约，尤其是光照条件。传统栽培中，光照调控往往依赖自然光或宽谱光源，难以精准影响特定生理过程。近年来，LED光源因其可调节波长和低能耗特性成为研究热点，但不同光谱对辣椒种子萌发的分子机制及其对幼苗品质的长期影响尚不明确。

为解析这一问题，来自国内的研究团队以辣椒(Capsicum frutescens)为模型，系统研究了全光谱、红光(660 nm)、蓝光(460 nm)等LED光源在不同照射时长下对种子萌发和幼苗生长的调控作用。研究发现，红光处理2小时可显著提升种子萌发率至对照组的2倍，并通过激活NADPH氧化酶(NOX)介导的活性氧(ROS)信号通路，协调抗氧化防御系统与Rubisco酶活性，最终促进幼苗生物量积累及辣椒素等次级代谢物合成。该成果发表于《BMC Plant Biology》，为设施农业中LED光源的精准应用提供了新思路。

研究采用以下关键技术方法：1) 多光谱LED处理系统（红光660 nm、蓝光460 nm等）；2) 萌发率与生长参数统计；3) 酶活性检测（NOX、SOD、APX等）；4) 光合色素与荧光参数分析；5) 半定量RT-PCR检测Rubisco基因表达；6) 代谢物含量测定（辣椒素、抗坏血酸等）。

种子萌发与生长参数
红光(2 h)和全光谱光显著提升萌发率，而蓝光(1 h)呈现时间依赖性抑制。红光处理的幼苗生物量和株高分别增加2.65倍和2.8倍，但蓝光延长照射导致生长抑制。

H₂O₂水平与NOX活性
蓝光处理4小时使H₂O₂积累达对照4.7倍，NOX活性同步升高。红光则通过适度激活NOX（较对照高50%）协调氧化还原平衡。

光合特性与Rubisco调控
红光显著提升叶绿素a/b比值(41.9%)和PSII最大光化学效率(F_v/F_m)，同时上调rbcL/rbcS基因表达（50%和35.7%），促进Rubisco活性和碳水化合物积累。蓝光虽增加叶绿素含量，但引发膜脂过氧化（MDA升高39.1%）。

抗氧化代谢网络
红光激活抗坏血酸-谷胱甘肽(ASA-GSH)循环，SOD、APX和GR酶活性分别提升29.8%、43.6%和33.1%，促进抗坏血酸(89.58 mg/100g FW)和酚类物质积累。

次级代谢产物
红光处理的辣椒素含量达2.73 mg/g DW，较对照提高58.7%；蓝光则优先促进类胡萝卜素合成(11.78 μg/g FW)。

该研究揭示红光通过"NOX-H₂O₂-抗氧化系统-Rubisco"级联反应，既保障氧化信号对萌发的启动作用，又通过抗氧化防御维持幼苗稳态生长。区别于蓝光诱导的氧化应激，红光在时间维度上表现出"剂量效应"——2小时照射可实现信号激活与损伤控制的平衡。这一发现为设施农业中光质调控提供了精准参数，同时阐明了ROS在植物发育中的双重角色。研究还拓展了LED光源在药用植物栽培中的应用潜力，通过光质定向调控可同步提升辣椒的产量和药用成分含量。未来研究可进一步解析不同光质组合对辣椒果实品质的影响机制。