甘草具有补脾益气、清热解毒、祛痰止咳、缓急止痛、调和诸药等功效^[1]，《神农本草经》将其列为“上品”。甘草是我国常用大宗中药材，随着需求量不断增加，其野生资源蕴藏量不断减少，目前人工栽培品成为甘草商品的主要来源，但人工栽培甘草的品质不及野生甘草^[2]。甘草为豆科Fabaceae Lindl.植物甘草(俗名：乌拉尔甘草)Glycyrrhiza uralensis Fisch.、胀果甘草G. inflata Batal.或光果甘草G. glabra L.的干燥根和根茎^[1]，其中乌拉尔甘草和胀果甘草为市面主流栽培种，胀果甘草为我国的特色资源，占我国野生甘草蕴藏量的60%以上^[3]。不同种类的甘草植物在生长特性和化学成分方面都存在差异，如胀果甘草的抗旱性和耐盐碱能力均强于乌拉尔甘草，未来适宜栽培范围更广；其甘草酸和查尔酮类成分含量较高^[4-6]，但甘草苷含量则低于乌拉尔甘草^[7-8]。近年来，胀果甘草的人工栽培越来越受到关注和重视，栽培面积也在不断扩大，然而在实际生产中，栽培甘草的活性成分如甘草苷、甘草酸、甘草次酸等含量都低于野生甘草，且甘草栽培以育苗移栽为主，健康优质的甘草苗影响着药材甘草最终的品质和质量，但传统甘草育苗存在育苗周期长、占用耕地多等缺点^[9-10]。目前已有利用光质调控药用植物生长的研究，但在甘草育苗方面的文献报道并不多见。

光环境是调控植物生长发育和品质形成的关键环境因子之一，其中红光与蓝光作为光合作用的主要有效光谱，对植物的影响尤为明显。不同光质通过光受体介导的信号转导途径，不但可以影响植物的形态建成、光合特性及次生代谢过程，还可以显著影响植物的光合生理过程。例如，红光可以促进植物株高增加、主根伸长，而蓝光则可能降低株高、增加茎粗、促进侧根发育，红蓝光可以调控植物的根冠比和根系活力；红光可以提高光合速率，而适当补充蓝光有利于提高和维持植物的光合产物积累能力^[11]。此外，光质还调控次生代谢产物的合成。光质能够特异性地激活植物光感受器和下游代谢途径，定向地增加植物次生代谢产物的含量，如蓝光可以促进酚类、黄酮类化合物的积累，红光可以增强萜类物质的生物合成^[12]。因此，深入研究红蓝光对植物形态、光合性能及品质形成的影响机制，对于实现光环境的精准调控与生产实践具有重要指导意义。

光调控是一种高效科学的方法，通过智能精准的手段实现绿色环保目标^[13]，目前在农业、园艺领域，通过光质、光照强度、光周期等调控植物生长全过程及其对植物品质影响的研究比较多^[14-16]。本课题组在前期研究中发现，适当增加红光比例有利于甘草生物量和次生代谢产物的积累^[17]，胀果甘草生境相较于乌拉尔甘草光照更强，其对光照的需求更大，对光变化的响应可能与乌拉尔甘草不同。目前对胀果甘草生长的环境影响因素研究主要集中于土壤、水分、肥料等方面^{[4, 18-19]}，在光影响方面的研究较少，而且在人工栽培或者育苗中，由于大棚遮盖、种植密度等人为因素，光强及光质与野生甘草生长环境不同。本研究设置白光(W)、红光(R)、蓝光(B)及不同比例的红蓝光配比(4R1B、3R1B、2R1B、1R1B)处理，重点考察红蓝光配比处理对胀果甘草生长及活性成分积累的影响，拟为胀果甘草调控技术研究和人工栽培提供参考。

1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 试验材料

胀果甘草种子由中国中药有限公司提供，经北京中医药大学中药学院孙志蓉教授鉴定为豆科植物胀果甘草G. inflata Batal.的种子。采用聚乙烯塑料盆(高22.5 cm，上口径22.0 cm，下口径18.0 cm)，每盆装沙壤土2.5 kg，于2023年5月20日播种。

1.1.2 试剂

超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白测定试剂盒均购自北京索莱宝科技有限公司；甘草酸标准品、甘草苷标准品均购自南通经纬生物科技有限公司；其余试剂均为国产分析纯。

1.1.3 主要仪器

LED光源(北京盛阳谷科技有限公司)；酶标仪(美国伯膳仪器有限公司)；万分之一天平、十万分之一天平[赛多利斯科学仪器(北京)有限公司]；游标卡尺[西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司]；电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)；Yaxin-1105型便携式光合荧光仪(北京雅欣理仪科技有限公司)；BY-G20型医用离心机(北京普伟龙祥科技发展有限公司)；SP-742D型高速粉碎机(上海新诺仪器集团有限公司)；Diamonsil AAA柱(250 mm×4.6 mm，5 μm，北京迪科马科技有限公司)；岛津LSM780型高效液相色谱仪(日本岛津公司)；UV-2800型紫外分光光度计(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)。

1.2 方法 1.2.1 试验材料培养

胀果甘草种子用清水浸泡12 h，待种子吸胀后直播，在人工气候室采用LED光源，设置白光[作为对照(CK)]、红光、蓝光及不同比例的红蓝混合光处理，培养条件为光/暗时间12 h[温度(25±1) ℃]/12 h[温度(20±1) ℃]。当幼苗长至2片真叶时，每盆留苗15株，培养条件为光/暗时间14 h[温度(25±1) ℃]/10 h[温度(20±1) ℃]。每14 d施用营养液400 mL(参照Hoagland营养液配方)，正常浇水管理。播种苗在白光下培养30 d后分为7组，分别置于白光(波长300-800 nm)、红光(波长600-699 nm)、蓝光(波长400-499 nm)、红蓝光(红光∶蓝光=4∶1、3∶1、2∶1和1∶1)下培养，光照强度为(430.2±4.7) μmol/(m²·s)，各处理间用不透光、不反光的遮光布隔开，光/暗时间(14 h/10 h)，温度、水分管理同上，各处理重复6次。样品信息见表 1。

1.2.2 生长指标及生物量测定

经90 d处理后，每个处理选5株长势一致的植株进行取样，将植株清洗干净，吸去多余水分，用钢卷尺测量根部的长度，用游标卡尺测量芦头直径后，放入烘箱50 ℃烘干24 h，用电子秤测定地上部干重和地下部干重，按以下公式计算根冠比：

$ \text {根冠比}=\text {地下部干重/地上部干重。} $

(1)

1.2.3 光合特性及叶绿素含量分析

从每个处理中各选取6株长势一致的植株，选取冠层中部同一叶位的两片叶子，采用便携式光合荧光仪分别于光质处理30、60、90 d的上午9:00-11:00测定叶片净光合速率(P_n)和气孔导度(G_s)，设定CO₂浓度为400 μmol/mol，空气流量为0.6 L/min。采用乙醇-丙酮混合浸提法测定光合色素含量，经90 d处理后，每个处理选取植株上、中、下部成熟健康的叶片，避开叶脉剪取200 mg叶片样品并碎化，将叶片样品倒入试管中，并加入20 mL 95%乙醇和5 mL无水丙酮，暗处理48 h。用紫外分光光度计分别测定663、645 nm下的吸光度值(A)，根据以下公式计算叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)的含量。

$ \begin{aligned} & \quad \quad \text {叶绿素} a \text {含量}=\\ &\frac{\left(11.75 A_{663}-2.35 A_{645}\right) \times V}{m \times 1000}, \\ &\quad \quad \text {叶绿素} b \text {含量}=\\ &\frac{\left(18.61 A_{645}-3.96 A_{663}\right) \times V}{m \times 1000} 。\end{aligned} $

其中，V为提取液的总体积，m为提取的植物样品的鲜重。

1.2.4 抗氧化及渗透调节物质检测

取处理90 d时的样品，用去离子水冲洗后放入液氮中速冻，再放入-80 ℃冰箱冻存。使用北京索莱宝科技有限公司试剂盒，按照说明书检测抗氧化及渗透调节物质，其中，SOD含量采用WST-1(水溶性四氮唑)法测定，MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定。

1.2.5 甘草苷、甘草酸含量测定

取各处理在90 d时的根部干燥样品，参照《中华人民共和国药典：2020年版一部》^[1]中的方法进行甘草酸、甘草苷含量测定。色谱条件：以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂；以乙腈为流动相A，以0.05%磷酸溶液为流动相B，梯度洗脱程序：0-8 min，81%B；8-35 min，81%-50%B；35-36 min，50%-0%B；36-40 min，0%-81%B。检测波长237 nm，进样量10 μL，流速0.6 mL/min。对照品溶液的制备：取甘草苷对照品、甘草酸对照品适量，精密称定，加70%乙醇分别制成每1 mL含甘草苷20 μg、甘草酸0.2 mg的溶液。供试品溶液的制备：取粉末(过三号筛)约0.2 g，精密称定，置具塞锥形瓶中，精密加入70%乙醇100 mL，密塞，称定质量，超声处理(功率250 W，频率40 kHz)30 min，放冷，再称定质量，用70%乙醇补足减失的质量，摇匀，滤过，取续滤液，即得。

1.2.6 统计学方法

用SPSS 20.0统计学软件处理数据。计量资料用平均数±标准差(x±s)表示，两组间比较采用t检验，多组间比较采用方差分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。相关性分析采用斯皮尔曼(Spearman)等级相关系数，用于评估各测量指标间的单调关系。分析在Origin 2022软件中完成，显著性水平设定为0.05。

2 结果与分析 2.1 不同光质处理对胀果甘草根系生长指标的影响

不同光质处理下，胀果甘草的根长和芦头直径见图 1。4R1B和1R1B处理的胀果甘草，其根长与CK相比差异不大，但显著大于其他处理[图 1(a)]，说明适当比例的红蓝光组合可避免单色光可能产生的抑制作用。红光及红蓝光配比处理下，胀果甘草的芦头直径均大于蓝光处理，而4R1B处理下芦头直径最大(6.912 mm)，1R1B处理下芦头直径略高于CK。红、蓝单色光处理的胀果甘草，其芦头直径小于CK[图 1(b)]，说明单色光不利于芦头的增粗。

不同光质处理下胀果甘草的干重及根冠比见表 2。红光与红蓝光配比处理下，胀果甘草的地上部干重大小依次为4R1B＞R>2RIB＞1R1B>3RIB，均显著大于CK和蓝光处理，各处理中蓝光处理得到的地上部干重最低，为0.350 g。这表明红光在促进地上部分生长方面具有重要作用，而红蓝光适当配比(如4∶1)能产生协同效应。4R1B处理得到的地下部干重最大，是蓝光处理的4.51倍。各处理下胀果甘草的根冠比均小于CK，但红蓝光配比处理下的根冠比均大于蓝光和红光处理，表明红蓝光配比可以调节光合产物在地上和地下部分的分配。

2.2 不同光质处理对胀果甘草光合特性的影响

测定不同光质处理后不同时期胀果甘草叶片的P_n和G_s，由图 2可知，CK叶片的P_n和G_s逐渐降低，红光处理下P_n和G_s逐渐升高，蓝光处理下P_n和G_s逐渐降低，4R1B和3R1B处理下P_n逐渐降低，2R1B和1R1B处理下P_n和G_s均为先降低后升高。可见，P_n和G_s的变化趋势较为一致，不同光质对胀果甘草P_n和G_s均有较大影响。综合3个时期来看，红光处理和蓝光处理下，胀果甘草叶片的P_n和G_s较低，与CK相比，红蓝光配比处理下P_n较高，其中1R1B处理下的P_n在3个时期均保持较高水平，说明红蓝光组合能够协同提高光合效率，而1R1B处理的配比可能更有利于光能的高效转化和利用。部分红蓝光配比可以提高气孔导度，不同时期中，1R1B处理下胀果甘草叶片的G_s均最大，相比于其余处理，4R1B处理下G_s较为稳定。整体来看，单色光和部分比例的红蓝光对气孔开放的促进作用不明显，而特定比例的红蓝混合光更有利于气孔开放。

不同光质处理下胀果甘草叶片的叶绿素含量不同(图 3)。红光和红蓝光配比处理下叶片中的Chl a含量较高，大小依次为3R1B＞1R1B＞2R1B＞R，其中3R1B处理下叶片的Chl a含量为2.09 mg/g。红光和部分红蓝光配比处理下的Chl b含量高于CK，具体为3R1B＞1R1B＞R＞2R1B＞CK。蓝光处理下的Chl a含量和Chl b含量最少，红光和红蓝光配比处理下的Chl a含量和Chl b含量均高于蓝光处理，这一结果表明红光可以促进叶绿素合成和积累，而适当添加蓝光可能通过协同效应进一步增强这一过程。

2.3 不同光质处理对胀果甘草叶片SOD、MDA活性的影响

红光和蓝光均能显著降低胀果甘草叶片的SOD活性，与CK相比，红蓝光配比处理下叶片的SOD活性大小依次为2R1B＞1R1B＞CK＞3R1B＞4R1B，其中4R1B处理下叶片的SOD活性为140.014 U/(g·min)[图 4(a)]。蓝光处理下叶片的MDA含量最高，表明单一蓝光可能诱导了较强的氧化胁迫；红光与红蓝光配比处理下叶片的MDA含量小于CK和蓝光处理，其中2R1B＜R＜4R1B＜3R1B＜1R1B＜CK＜B，且2R1B处理下MDA含量为22.112 μmol/g，低于CK，说明红光和红蓝光配比能有效降低胀果甘草叶片的MDA含量，减轻膜脂过氧化损伤[图 4(b)]。

2.4 不同光质处理对胀果甘草叶片渗透调节物质含量的影响

蓝光处理下胀果甘草叶片中的脯氨酸含量最高，红光处理下最低，红蓝光配比处理与CK相比无显著差异，但均高于红光处理[图 5(a)]。红光处理下叶片中的可溶性糖含量与CK相比无显著差异，而蓝光和红蓝光配比处理下可溶性糖含量均较低，且随红光比例减少而降低[图 5(b)]。红光和蓝光处理下叶片中的可溶性蛋白含量均高于CK，红蓝光配比各处理中，2R1B处理得到的可溶性蛋白含量最高，而1R1B处理最低[图 5(c)]。以上结果表明，不同光质配比对胀果甘草不同渗透调节物质的积累具有选择性影响。

2.5 不同光质处理对胀果甘草活性成分含量的影响

不同光质处理下胀果甘草的活性成分含量见图 6。红光和红蓝光配比(除3R1B外)处理下胀果甘草的甘草苷含量均高于蓝光处理，其中甘草苷含量大小依次为4R1B＞R＞CK>1R1B>2R1B>B；4R1B和红光处理下甘草苷含量分别为0.072%和0.059%，均显著高于蓝光处理和CK。蓝光处理下甘草苷、甘草酸含量均较CK低，4R1B处理下甘草苷、甘草酸含量均最高。以上结果表明不同光质可以影响胀果甘草活性成分含量，单一红光可以提高胀果甘草中甘草酸和甘草苷的含量，适当添加蓝光可以产生协同增效作用。

2.6 不同光质处理后胀果甘草多指标相关性分析

对测定的16个指标进行相关性分析，结果显示，根长与可溶性蛋白含量呈显著负相关，芦头直径、地上部干重、地下部干重与P_n、G_s均呈显著正相关，甘草酸含量与G_s呈显著正相关、与Chl a呈显著负相关，胀果甘草次生代谢产物(甘草苷、甘草酸)含量与胀果甘草生物量的相关指标均呈显著正相关(图 7)。

3 讨论 3.1 光质对胀果甘草农艺性状的影响及其生理基础

不同光质处理显著影响胀果甘草幼苗的生物量积累。红光及特定红蓝光配比处理可显著促进地上部和地下部生物量，如4R1B处理使地下部生物量增加53.41%，而蓝光则抑制生长。这种差异可能源于光质对光合效率与胁迫响应的整合调控。红蓝光配比(如1R1B)处理可提升P_n、G_s和Chl a含量，增强碳同化能力，为生物量的积累提供物质基础。相关性分析表明，P_n、G_s与生物量指标呈正相关，这与Kim等^[20]在菊花Chrysanthemum×morifolium (Ramat.) Hemsl.及Mo等^[21]在黄瓜Cucumis sativus L.中的研究结论相似。同时，红光及红蓝光配比处理维持较低胁迫水平，表现为降低胀果甘草的MDA含量和脯氨酸含量；而蓝光则抑制P_n、G_s和Chl a含量，限制碳源供应，并引发高强度胁迫，导致MDA含量和脯氨酸含量升高，迫使资源向胁迫响应倾斜，使可溶性糖含量下降，抑制胀果甘草幼苗生长。因此，红蓝光配比处理通过协同优化光合作用从而获取更多碳源，并通过最小化的胁迫消耗，高效驱动胀果甘草的营养生长。

3.2 光质对胀果甘草生理特性的系统性影响

不同光质处理影响胀果甘草幼苗的生理响应网络。在光合特性上，相较于单一红光或蓝光处理，红蓝光配比处理(如1R1B)可以提高P_n和G_s，单色光处理对G_s的抑制作用与孙亚红等^[22]在草莓Fragaria×ananassa (Weston) Duch.ex.Rozier中的研究结果一致；红光可以提高Chl a含量，与蓝光的抑制作用形成鲜明对比。在抗逆生理上，蓝光使MDA含量和脯氨酸含量上升，该现象与袁志民等^[23]在银杏Ginkgo biloba L.、董桑婕等^[24]在辣椒Capsicum annuum L.中的研究报道一致，均显示蓝光具有促进效应，说明蓝光可诱导氧化胁迫与渗透胁迫；然而，SOD活性未有效升高，提示其抗氧化防御不足，该现象与陕产重楼Paris polyphylla Sm.在红蓝光配比处理下SOD活性受抑制的结果^[25]一致，但不同于红心杉Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.组培苗在4R1B处理下SOD活性最高的研究结果^[26]，表明植物对光质配比的响应可能具有物种特异性。蓝光及红蓝光配比处理使胀果甘草叶片可溶性糖含量显著降低(蓝光处理达最低值)，而红光单独处理对其无显著影响。红、蓝单色光及2R1B处理均能提升胀果甘草叶片可溶性蛋白含量。综合来看，红蓝光配比处理虽然显著降低胀果甘草叶片可溶性糖含量，但对其可溶性蛋白无显著调控效应，可能表明在逆境条件下蓝光促使胀果甘草将资源用于蛋白质合成而非糖类积累，而红光对于胀果甘草叶片的氮代谢和碳代谢无显著影响。上述结果提示，复合光质可能通过协同调控碳氮代谢平衡缓解胁迫损伤。这些相互关联的生理变化(光合效率、抗氧化能力、渗透调节、碳氮代谢)共同构成了植株应对光环境的基础生理状态，最终通过资源分配效率影响其营养生长潜力及次生代谢产物的合成与积累。

3.3 光质对胀果甘草苗期次生代谢物质的影响

本研究观察到光质对胀果甘草幼苗甘草苷和甘草酸含量的初步影响。红光及4R1B处理在显著提高胀果甘草生物量的同时，可增加其甘草苷和甘草酸含量，如4R1B处理使甘草苷与甘草酸含量分别增加59.27%和21.42%，这与红光、蓝光调控药用植物次生代谢的普遍认识^[27-31]及光环境可能通过表观遗传修饰产生持续效应的观点^[32]相符，而蓝光处理则抑制了成分积累。次生代谢物质的变化模式与胀果甘草在不同光质处理下的营养生长及生理状态较为一致：4R1B处理优化了光合效率并保持较低的胁迫环境以维持代谢稳态，这可能是其提升生物量和活性成分的关键基础；同时，地下部生物量的显著增加为次生代谢物积累提供了更为丰富的物质基础。不同物种对蓝光的反应可能不同，这高度依赖于物种、基因型等因素^[33]。本研究中的蓝光处理可能因胁迫过度，导致生物量与代谢物含量均下降，说明适度胁迫可促进次生代谢产物积累，过量则抑制。高强度蓝光诱导的氧化胁迫，促使植物将资源重新分配至抗氧化防御系统，并抑制光合作用，同时限制生长和次生代谢，这与黄媛等^[34]的研究结果类似。次生代谢产物含量与生物量指标呈显著正相关也表明，在适宜光质条件下，胀果甘草能够实现生长和次生代谢的协同提高。综上，苗期活性成分的响应可视为光质调控植株整体生理状态的伴随指标之一，4R1B处理展现出在促进幼苗健壮生长的同时兼顾活性成分积累的潜力，后续可通过长期观测验证光调控的持续效应。

4 结论

通过不同光质对胀果甘草播种苗生长、生理特性及活性成分影响的研究发现，红光和红蓝光配比处理均能提高胀果甘草幼苗地上部生物量；红蓝光配比均能提升胀果甘草的净光合速率；红光及红蓝光配比均能促进胀果甘草幼苗叶绿素a的积累；光质还可以调节抗氧化系统和渗透调节系统，蓝光对胀果甘草的胁迫程度大于红光和红蓝光配比，且适宜比例的红蓝光配比可以提高胀果甘草的抗氧化能力，蓝光和红蓝光配比可以降低可溶性糖含量，且随着红光比例降低而减少；不同光质可以影响胀果甘草活性成分含量，单一红光可以提高胀果甘草中甘草酸和甘草苷含量，适当添加蓝光可以产生协同增效作用；红光∶蓝光为4∶1处理胀果甘草幼苗，得到的地上部生物量、地下部生物量、芦头直径、活性成分含量均最高。综上，光质是调控胀果甘草播种苗生理代谢的关键环境因子，单一蓝光通过抑制光合效率并引发高强度胁迫，限制了其生物量的积累。相比之下，包含红光的光质处理(红光和红蓝光组合)能够实现光合碳同化与胁迫响应之间更优的平衡，从而在幼苗生长、生物量积累及活性成分合成等关键指标上表现出更优的表型。研究结果为胀果甘草调控技术研究和人工栽培提供了参考。