垂直农业系统中四种韩国景天属植物的生长动态与代谢组学分析：对抗氧化及酪氨酸酶抑制活性的启示

本研究针对景天属(Sedum)植物因环境变异导致代谢物含量不稳定的产业瓶颈，创新性地将四种韩国景天引入水培垂直农业(VF)系统。通过五阶段生长监测结合代谢组学分析，首次发现阶段4为最佳采收期，其中S. aizoon表现出最高总酚含量(TPC)和生物活性，其shikimate水平与抗氧化活性显著相关，为功能性食品和化妆品开发提供了标准化生产方案。

　　

传统药用植物景天属(Sedum)因其丰富的酚酸和类黄酮成分，在止血、抗炎和美白等领域具有重要价值。然而，野生资源的遗传变异性和环境依赖性导致活性成分含量波动，严重制约其产业化应用。韩国科学技术研究院(KIST)的研究团队创新性地将四种韩国特有景天(S. aizoon、S. kamtschaticum、S. middendorfianum和S. zokuriense)引入可控环境下的水培垂直农业(Vertical Farming, VF)系统，相关成果发表在《Industrial Crops and Products》上。

研究人员采用智能U-FARM系统，在恒定环境参数(23°C、65%湿度、550 ppm CO₂)下进行水培实验。通过GC-TOF-MS代谢组学技术分析20种氨基酸、14种有机酸等初级代谢物动态，结合DPPH/ABTS自由基清除实验和酪氨酸酶抑制活性测定，系统评估了五个生长阶段的生物活性变化。

生长动态研究显示，所有品种均呈现"S"型生长曲线，根据BBCH量表划分为生长(阶段1)、构建(阶段2)、萌芽(阶段3)、开花(阶段4)和成熟(阶段5)五个时期。其中阶段4被确定为最佳采收点，此时S. aizoon单株鲜重达71.0±2.1 g，株高33.8±1.4 cm，显著高于其他品种。通过表型组学分析发现，非分枝型品种(SA和SZ)的株高与生物量相关性(r=0.82)显著高于分枝型(SK和SM)。

代谢组学分析揭示了关键代谢物的阶段特异性积累模式。总氨基酸(TAA)和总有机酸(TOA)在阶段1-2下降后，于阶段4-5显著回升。值得注意的是，shikimate在阶段3达到峰值(5.2±0.1 μg/10 mg)，与总酚含量(TPC)呈强相关(r=0.67)。S. aizoon在阶段4表现出最优异的生物活性：TPC达181.1±8.7 mg GAE/100 g，DPPH和ABTS的RC₅₀值分别为48.2±1.3和52.7±2.1 μg/mL，酪氨酸酶抑制率达82.3±3.5%，均显著优于其他品种。PCA分析证实阶段4的代谢特征与生物活性参数高度聚合。

该研究首次建立了景天水培垂直栽培的技术体系，阐明了shikimate通路在酚类物质积累中的核心作用。特别值得注意的是，非分枝型品种SA表现出代谢物合成与生物活性的高度协同性，其碳水化合物代谢与生长参数的强关联(r>0.8)揭示了形态-代谢的协同调控机制。这些发现不仅为景天属植物的标准化生产提供了关键技术参数，更为药用植物的可控环境栽培提供了范式转移。未来整合多组学方法解析SA高活性品系的遗传基础，将加速培育兼具高产量和高药用价值的景天新品种。