光是影响设施园艺作物高产优质的主要因素之一。冬春季以及连阴天、雾霾等弱光环境对园艺作物正常生长影响明显，解决设施条件下的弱光问题更显得尤为紧迫。人工补光是改善设施光照环境的最有效手段，但中国设施园艺人工补光研究刚刚起步，相关理论与方法研究薄弱，补光设计缺乏依据。

2023年11月，Horticulture Research上线了（Advance Access）沈阳农业大学李天来/王峰研究团队题为Light quality regulates plant biomass and fruit quality through photoreceptors-dependent HY5-LHC/CYCB module in tomato 的研究论文，全面解析了不同光质对番茄产量与品质形成的作用机理与光合贡献。

增加作物的光合作用和光捕获能力进而提高作物的产量，是满足日益增长的全球粮食需求的潜在途径。然而，设施生产中塑料棚膜的老化与高密度栽培导致了设施内透光率下降与冠层遮荫，严重影响了蔬菜作物的光合作用和产量。该研究通过研究不同光质对番茄产量和品质的影响，发现了番茄高效生产的“光配方”，解析了不同光质对番茄产量与品质形成的作用机理与光合贡献。研究发现，红蓝白混合“光配方”通过增加番茄光系统II活性反应中心的密度和光捕获复合物相关基因（SlLHCs）的表达，促进了叶绿素和类胡萝卜素的积累，提高了光合作用和电子传递速率，进而增加了番茄的产量和品质。利用Slphyb1cry1等光受体突变体研究发现，红光受体（SlPHYB1）和蓝光受体（SlCRY1）在光信号调控番茄光合作用、色素积累、产量和品质中发挥着重要的作用。进一步研究发现，光信号通过光受体促进ELONGATED HYPOCOTYL 5（SlHY5）蛋白的积累，SlHY5通过直接结合到光捕获复合物相关基因SlLHCA、SlLHCB和番茄红素β环化酶 LYCOPENE β-CYCLASE（SlCYCB）等基因的启动子上转录激活它们的表达，进而促进番茄的产量和品质。

图1 光信号提高番茄产量与品质的模式图

总之，该研究利用植物生理学、生物化学、遗传学以及分子生物学等技术手段，揭示了光信号通过红光受体（SlPHYB1）和蓝光受体（SlCRY1）诱导光信号关键转录因子SlHY5的表达，调节了番茄光捕获复合物和类胡萝卜素代谢相关基因的表达，从而提高番茄产量与品质的分子机制（图1）。研究结果为解析番茄光合作用环境适应性机理与高光效设计育种提供了理论依据，为开发设施番茄精准高效补光技术提供了技术支撑。

沈阳农业大学博士研究生闫家榕为论文的第一作者，王峰教授和李天来院士为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金优秀青年基金、国家重点研发计划、辽宁省优秀青年科学基金等项目的资助。

作者团队介绍

沈阳农业大学李天来院士团队中的王峰教授长期从事设施蔬菜重要性状形成的环境适应性机制与光调控研究，主要包括：设施蔬菜光温信号交叉互作机制与抗逆调控、设施蔬菜品质性状形成的环境适应性机制与调控、光合作用环境适应性机理与高光效设计育种。发现了远红光信号调控番茄耐低温性的作用机制，明确了番茄光温信号交叉互作机制；阐明了光温耦合影响蔬菜作物品质性状形成的调控网络；研制了不同蔬菜作物高效生产的光配方；研发了基于功能光谱、光周期、光强和温度变化的精准高效补光及光环境调控系统与技术，为设施蔬菜高效节能抗逆生产提供了理论依据和技术支撑。在New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Plant Physiology（4篇）等期刊上发表论文30余篇；授权国家发明专利5件、软件著作权1件，制定地方标准3个；获中国农学会青年科技奖、辽宁青年科技奖、辽宁省自然科学学术成果一等奖、沈阳市自然科学学术成果一等奖。该研究得到了国家自然科学基金优秀青年基金、国家重点研发计划、辽宁省优秀青年科学基金等项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad219

转自：“园艺研究”微信公众号

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