在垂直农业条件下优化光周期以促进积雪草生长与积雪苷类生物合成

为何光照时间对这种疗愈草本至关重要

许多人通过护肤霜或传统的伤口愈合与循环疗法认识积雪草（又称 gotu kola）。随着需求增加，农户和企业正在寻求在室内种植这种娇嫩草本的方法，以便精确控制光照、温度和水分。本研究提出了一个简单却很有意义的问题：在堆叠式室内垂直农场中栽培积雪草时，每天多少小时的光照与黑暗能在植物生长、药用成分产量与能源节约之间取得最佳平衡？

向上而非向外的种植方式

垂直农场将植物置于货架上并在人工光源下生长，使城市或严酷气候地区能全年收获。但灯既是生长引擎，也是主要成本。光照不足植株矮小；光照过多则电费高涨且叶片可能受损。研究人员在相同亮度的白色 LED 灯下将积雪草栽培四周，设定了四种不同的昼夜时间：极长光期（20 小时光、4 小时暗）、长光期（16/8）、昼夜相等（12/12）和短光期（8/16）。由于亮度固定，延长白天也同时增加了植物每日接受的总光量。

不同日长下的生长权衡

研究组测量了植株大小——地上和根系的新鲜与干重、叶片面积、叶片数量以及匍匐茎（匍匐枝）数量。总体上，积雪草在最短光期下生长不良：仅接受八小时光照的植株具有最小的地上部、根系与叶面积。随着日长延长，生长有所改善，但并非简单线性关系。地上部在 12 小时光照时最重，16 小时和 20 小时时略轻，表明超过某一阈值后，更多光照并不继续提高地上生长。根系表现略有不同，最重的根系出现在极长的 20 小时光期。然而，在 16 与 20 小时光照下，植株开始出现应激症状，如叶片变暗、叶缘卷曲和叶尖枯死，提示光照剂量已对健康发育构成压力。

药用成分与天然防御

积雪草因其积雪苷类化合物（如去甲积雪苷、积雪苷及其相关酸类）以及其他具有抗氧化作用的天然成分而受到重视。研究者检测了叶片的总酚、黄酮和抗氧化能力，以及四种关键的积雪苷类。较长日照通常提高了酚类、黄酮和抗氧化活性，20 小时光期下数值最高，8 小时光期下最低。积雪苷类的反应更为微妙。糖苷形式（去甲积雪苷与积雪苷——为化妆品与制药业所青睐）在日长达到 12–16 小时时升高，而酸性形式在短光期（8 小时）最为丰富。该模式表明，中等到较长日照将植物的化学途径引向更受欢迎的温和皂苷，而短日则偏向该途径的另一分支。

在植物生长与电费之间取得平衡

因为室内农业依赖电力，研究团队还探讨了哪种光照方案能在单位光照与能源下产生最多植物物质。他们计算了光利用效率（在给定光照剂量下产生的干生物量）与能量利用效率（单位电力与时间产生的生物量）。尽管总生物量倾向于随日长增加而上升，12 小时光照提供了最佳的整体平衡。在这一设置下，植株生长良好，产生可观的积雪苷类含量，并且比极短或极长光照下更有效地利用光与电力。延长超过 12 小时的光照确实增加了一些抗氧化指标，但代价是可见的应激与较差的能量利用。

对未来室内药草农场的要点

对于希望在垂直农场中生产高品质积雪草的种植者，本研究指出了一个简单目标：每天约 12 小时光照与 12 小时黑暗，配合适中的白色 LED 亮度。在这种条件下，植株能达到健康体型，叶片富含受追捧的积雪苷类，同时其电力使用效率优于更短或更长的光照方案。换言之，对这味疗愈草本而言，昼夜均分往往是兼顾植物健康、产品质量与节能的最佳点。

引用: 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

关键词: 垂直农业, 积雪草, 光周期, 药用植物, LED 照明