Оптимизация фотопериода для роста и биосинтеза центеллозидов в Centella asiatica при условиях вертикального земледелия

Почему режимы освещения важны для лечебной травы

Многие знают Centella asiatica, или готу кола, по кремам для кожи и традиционным средствам для заживления ран и улучшения циркуляции. По мере роста спроса фермеры и компании ищут способы выращивать эту деликатную траву в помещении, где можно точно контролировать свет, температуру и полив. В этом исследовании поставлен простой, но важный вопрос: какое соотношение часов света и темноты в сутки обеспечивает наилучшее сочетание роста растений, содержания лекарственных веществ и экономии энергии при выращивании Centella в многоярусных вертикальных фермах?

Выращивание вверх, а не вширь

Вертикальные фермы выращивают растения на полках под искусственными лампами, что позволяет собирать урожай круглый год в городах или в суровом климате. При этом освещение служит и двигателем роста, и основной статьёй расходов. Слишком мало света — растения остаются мелкими; слишком много — счета за электроэнергию растут, а листья могут повреждаться. Исследователи выращивали Centella asiatica в течение четырёх недель под белыми LED-лампами при одинаковой яркости, но с четырьмя разными режимами дня и ночи: очень длинный день (20 ч света, 4 ч темноты), длинный день (16/8), равные день и ночь (12/12) и короткий день (8/16). Поскольку яркость оставалась постоянной, изменение продолжительности дня также меняло суммарное количество света, получаемого растениями в сутки.

Компромиссы роста при разных длительностях дня

Команда измеряла, насколько крупными становились растения — свежую и сухую массу побегов и корней, размер листьев, число листьев и ползучих побегов (вегетативных усов). В целом Centella хуже росла при самых коротких днях: растения, получавшие лишь восемь часов света, имели наименьшие побеги, корни и площадь листьев. Рост улучшался по мере удлинения дня, но не по простой линейной зависимости. Побеги были самыми тяжёлыми при 12-часовом дне, чуть легче при 16 и 20 часах, что указывает на то, что сверх некоторого порога дополнительный свет уже не усиливает надземный рост. Корни вели себя несколько иначе: наибольшая масса корней наблюдалась при очень длинном 20-часовом дне. Однако при 16- и 20-часовых днях у растений начали появляться симптомы стресса — потемнение листьев, завернутые края и засохшие кончики — что является предупреждением, что дозировка света становится чрезмерной для здорового развития.

Лекарственные компоненты и естественная защита

Centella ценится за соединения, называемые центеллозидами — мадекассозид, азиатикозид и связанные с ними кислоты — а также за другие природные химические вещества с антиоксидантной активностью. Исследователи проверяли листья на общее содержание фенолов, флавоноидов и антиоксидантную активность, а также на четыре ключевых центеллозида. В целом более длинный световой день повышал уровни фенолов, флавоноидов и антиоксидантной активности: максимумы наблюдались при 20-часовом дне, минимумы — при 8-часовом. Реакция центеллозидов была более тонкой. Сахаро-связанные формы (мадекассозид и азиатикозид, востребованные косметической и фармацевтической промышленностью) были выше при длине дня 12–16 часов, тогда как кислые формы преобладали при коротком 8-часовом дне. Эта картина указывает на то, что умеренно длинный день направляет метаболизм растения в сторону более желательных мягких сапонинов, тогда как короткие дни смещают путь в другую ветвь биосинтеза.

Баланс между ростом растений и счетами за электроэнергию

Поскольку в помещениях фермерство работает за счёт электроэнергии, команда также выясняла, какой режим освещения даёт больше биомассы на единицу света и энергии. Они рассчитали эффективность использования света (сколько сухой биомассы производится на заданную дозу света) и энергоэффективность (сколько биомассы на единицу электрической энергии и времени). Хотя общая биомасса в целом росла при более длинных днях, 12-часовой режим обеспечил наилучший общий баланс. При таком режиме растения росли активно, накапливали заметное количество ценных центеллозидов и использовали свет и электроэнергию эффективнее, чем при очень коротких или очень длинных днях. Дальнейшее увеличение светового времени выше 12 часов повышало некоторые показатели антиоксидантной активности, но ценой видимого стресса и худшего использования энергии.

Вывод для будущих фермерств по выращиванию трав в помещениях

Для тех, кто стремится производить высококачественную Centella asiatica в вертикальных фермах, это исследование указывает на простой ориентир: около 12 часов света и 12 часов темноты в сутки при умеренной яркости белых LED. При таких условиях растения достигают здорового размера, накапливают в листьях желанные центеллозиды и делают это более экономно по электроэнергии, чем при коротких или слишком длинных днях. Иными словами, для этой лечебной травы равное деление суток на свет и тьму предлагает оптимум, где здоровье растения, качество продукта и экономия энергии сходятся.

Цитирование: Yang, GS., Kang, IJ., Sim, HS. et al. Optimizing photoperiod for growth and centellosides biosynthesis in Centella asiatica under vertical farming conditions. Sci Rep 16, 14537 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44883-w

Ключевые слова: вертикальное земледелие, Centella asiatica, фотопериод, лекарственные растения, LED-освещение