如何高效利用远红光：替换还是补充光合有效辐射？——温室生菜的案例研究

本研究聚焦于如何通过替换或补充远红光（FR）来优化温室生菜的光合效率和生物量积累，揭示了适宜的FR比例对提高光能利用效率和营养品质的重要作用，为设施农业的精准光照管理提供了新思路。

　　在设施农业中，光作为关键环境因子，其光谱组成对植物生长和发育具有显著影响。尤其是远红光（FR，波长700-750 nm），虽然单独作用较弱，但与光合有效辐射（PAR，波长400-700 nm）结合时，可通过Emerson增强效应显著提升光合效率。然而，目前关于FR在温室生产中是作为PAR的替代光源还是补充光源更为有效的研究尚不明确。为此，青岛农业大学的研究人员以温室生菜为研究对象，开展了不同补光策略对生菜生长、光合特性和营养品质影响的研究，结果表明，部分替换PAR与补充FR光子具有相似效果，且在弱光条件下，FR比例为0.50-0.56时，可显著提高生菜的光化学效率、生物量积累和碳水化合物含量，为温室生菜生产提供了优化光照配方的科学依据。该研究发表在《BMC Plant Biology》上。研究人员采用的主要关键技术方法包括：1）不同光谱组合的LED补光处理；2）叶绿素荧光参数分析（OJIP测试）；3）透射电子显微镜（TEM）观察叶绿体超微结构；4）实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析光合相关基因表达；5）营养品质指标测定（如抗坏血酸（AsA）、可溶性糖和淀粉含量）。研究结果如下：1. 生菜叶片形态与生长特性：补充光照处理（除纯FR外）显著增加了生菜叶片宽度和面积，降低了叶片长宽比和比叶面积。其中，WR130+FR50处理的生菜叶片数量、长度和面积最大。2. 生物量积累：补充光照显著提高了生菜的鲜重和干重，WR130+FR50处理的生菜鲜重和干重最高。3. 光合色素含量：补充光照（除纯FR外）提高了光合色素含量，WR130+FR50处理的总叶绿素含量最高。4. 光合特性与叶绿素荧光：补充光照提高了净光合速率（Pn）和叶绿素荧光参数（如PIabs），WR130+FR50处理表现最佳。5. 气孔特性与叶绿体超微结构：补充光照增加了气孔面积和叶绿体面积，WR130+FR50处理的叶绿体超微结构更优。6. 光合相关基因表达：补充光照上调了PsbA、LHCb、rbcL和rbcS基因表达，WR100+FR30和WR130+FR50处理的表达水平最高。7. 营养品质：补充光照提高了AsA、可溶性糖和淀粉含量，WR130+FR50处理的营养品质最佳。讨论部分强调，适当比例的FR光子替换PAR或补充PAR，可提高光能利用效率并维持稳定的生菜产量和品质。这一策略不仅优化了光照配方，还为降低设施农业的能耗提供了理论支持，具有重要的实践意义。