藥用植物生長需要的光配方——光培養與表型分析優化解決方案

      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業的關鍵原料，因其富含大量植物化學物質，能夠通過促進健康、延緩衰老和預防疾病來提升人類生活質量。這些化學物質主要為植物的次生代謝產物。

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

      近年來，LED光源技術的發展為“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光源培養與表型分析平臺，集成多波段可編程LED光源與多模態表型成像系統，支持從光環境模擬到植物生理響應的全程數字化分析，為藥用植物的光培養策略優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的應用案例，探討光譜對植藥用物生理與代謝的影響機制，揭示了光配方優化在提升藥用植物產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，研究中采用葉綠素熒光成像技術評估了不同光譜對檸檬香蜂草光合作用活性的影響。

      該技術作為非侵入性研究手段，可精準監測完整植物、藻類及藍藻的光合作用動態，通過測量葉綠素熒光動力學參數實現高效分析。研究團隊運用該設備得出最大量子產率（QY max = Fv/Fm）和歸一化植被指數（NDVI），發現435納米藍光相較于其他光照條件，能顯著提升Fv/Fm和 NDVI 指標的數值。這一發現為光合作用調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果表明，顯著的光合作用活性并未轉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與生長特性之間矛盾的發現，仍需開展更多研究以深入理解。 2. 通過調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，廣泛應用于制藥行業及功能性食品原料領域。本研究通過對比人工光源環境下的不同光照條件，探究光質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置對照組（熒光燈照明）及多組LED光源，持續培養6周。
      為比較不同光照處理下黃瓜菜葉片的葉綠素熒光參數，在不同光處理5周后，使用葉綠素熒光成像技術測定了其光系統Ⅱ的最大量子產率（QY，即Fv/Fm）、穩態非光化學淬滅（NPQ）以及通過光系統Ⅱ的電子傳遞速率（ETR）。結果顯示，不同光照處理下的QY、ETR無顯著差異。但NPQ呈現出一定差異。       植物具有應對光引發氧化應激的防御機制。在基態時，葉綠素分子吸收的光能主要用于光合作用，但當光照強度過高時，植物會通過非光化學淬滅（NPQ）機制耗散多余光能，促使葉綠素恢復基態。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，這一現象與光合作用效率的變化趨勢一致。