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  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(guò)促進(jìn)健康、延緩衰老和預(yù)防疾病來(lái)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(dòng)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(hào)。不同植物對(duì)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(qiáng)度。因此，在受控環(huán)境下開展光質(zhì)、光強(qiáng)與光周期的精準(zhǔn)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(lái)，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(lán)、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(tái)，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(zhǔn)的解決方案。

接下來(lái)，基于兩則易科泰技術(shù)的應(yīng)用案例，探討光譜對(duì)植藥用物生理與代謝的影響機(jī)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(duì)檸檬香蜂草生長(zhǎng)、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(jià)值的植物。英國(guó)普利茅斯大學(xué)的研究人員們針對(duì)不同光譜對(duì)其生長(zhǎng)、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(píng)估了不同光譜對(duì)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(zhǔn)監(jiān)測(cè)完整植物、藻類及藍(lán)藻的光合作用動(dòng)態(tài)，通過(guò)測(cè)量葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)實(shí)現(xiàn)高效分析。研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)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(lán)光相較于其他光照條件，能顯著提升Fv/Fm和 NDVI 指標(biāo)的數(shù)值。這一發(fā)現(xiàn)為光合作用調(diào)控機(jī)制研究提供了新視角。

  在藍(lán)藻、細(xì)菌和擬南芥的光合作用過(guò)程中，435納米處理對(duì)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(biāo)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(zhǎng)速率的提升。這可能涉及多種因素，包括光照強(qiáng)度、溫度等實(shí)驗(yàn)條件的差異。針對(duì)該植物物種光合作用參數(shù)與生長(zhǎng)特性之間矛盾的發(fā)現(xiàn)，仍需開展更多研究以深入理解。

上圖為香蜂草5種不同光配方的光譜組成；下圖為香蜂草Fv/Fm、NDVI成像圖

2. 通過(guò)調(diào)控光照促進(jìn)黃瓜菜的莖干生長(zhǎng)及生物活性化合物的生物合成

  黃瓜菜是一種菊科假還陽(yáng)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(guò)對(duì)比人工光源環(huán)境下的不同光照條件，探究光質(zhì)對(duì)黃瓜菜生長(zhǎng)的影響，旨在提升其生物量和活性成分含量。實(shí)驗(yàn)采用三周齡幼苗，在植物工廠中分別設(shè)置對(duì)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(cè)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(guò)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(wú)顯著差異。但NPQ呈現(xiàn)出一定差異。

左為12種光配方處理；右為不同光配方處理的黃瓜菜熒光參數(shù)結(jié)果

  植物具有應(yīng)對(duì)光引發(fā)氧化應(yīng)激的防御機(jī)制。在基態(tài)時(shí)，葉綠素分子吸收的光能主要用于光合作用，但當(dāng)光照強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，植物會(huì)通過(guò)非光化學(xué)淬滅（NPQ）機(jī)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(dá)到最高和最低水平。值得注意的是，RGB組的 NPQ 值隨藍(lán)光強(qiáng)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(lán)光強(qiáng)度降低而增強(qiáng)，這一現(xiàn)象與光合作用效率的變化趨勢(shì)一致。