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水稻好不好吃，竟与光周期有关？

时间：2024-07-03

近日，海南大学三亚南繁研究院、海南大学热带农林学院联合武汉双绿源创芯科技研究院有限公司（简称：双绿源）等单位在Foods期刊在线发表题为“Photoperiod-Dependent Nutrient Accumulation in Rice Cultivated in Plant Factories: A Comparative Metabolomic Analysis”的研究论文。文章探讨了在植物工厂中光周期的改变对水稻营养代谢组的影响，发现短日照条件有助于提高水稻谷物中的营养物质积累。双绿源人工气候室为该研究提供了种植环境。

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研究背景

植物工厂，又称人工气候室，通过人工光源和智能环境控制系统模拟不同植株的最适生长环境，可进行植物的快速加代、生理生化实验、基因表达、代谢途径和抗逆性研究等，在科学实验中被广泛应用。

水稻是一种典型的短日照植物，是世界上最重要的粮食作物之一。光照时间的长短决定了水稻是否从营养生长转向生殖生长。

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双绿源水稻人工气候室

研究方法

该研究以空育131(KY131)、黄华占(HHZ)和香禾糯(KSR)3个水稻品种作为研究对象，利用双绿源人工气候室（PGBS）进行了严格的短日照(SD，8h光照/16h暗)和长日照(LD，12h光照/12h暗)处理，采用基于超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）的广泛靶向代谢组学分析方法分析不同光周期下水稻谷物的代谢组。

水稻种植流程

研究结果

1、本实验共检测到438种代谢物，包括维生素、脂类、黄酮类、有机酸和氨基酸等。KY131和KSR在不同光周期条件下表现出明显区别，而HHZ对光周期不敏感。SD条件下水稻体内相对代谢物含量显著高于LD条件下，且在不同光周期下的代谢谱表现出显著差异。

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不同光周期下水稻籽粒代谢物的测定

2、大多数代谢物在SD条件下的积累水平显著高于LD条件。在不同光周期下，提高稻米甜度的游离氨基酸、丙氨酸、谷氨酸和天冬氨酸的积累因品种不同而异。

维生素及其衍生物与氨基酸含量热图

脂类含量热图

黄酮类含量热图

3、不同光周期导致代谢物积累的差异，在KY131和KSR中，短日照条件下会导致更多的差异积累代谢物（DAMs），而在HHZ中差异不大，且DAMs在氨基酸和维生素B6途径中富集。

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三个水稻品种在不同光周期下的差异代谢物分析

4、研究确定了受光周期影响的4种关键DAMs，包括与美味和营养相关的天冬酰胺和4-氨基丁酸，两种维生素B6：吡哆胺和吡哆醇，且在SD条件下的水稻谷物中积累水平更高。

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三个水稻品种在不同光周期下关键DAMs的相对含量

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维生素B6途径

（关键代谢物为红色字体，蓝色箭头表示其含量，红色越深，含量越高）

研究结论

光周期对水稻谷物中代谢物的积累有显著影响，短日照条件下种植可以显著增加氨基酸、维生素和黄酮类等多种代谢物的含量，有助于提高水稻的营养价值和感官品质。

研究意义

本研究有助于深入了解光周期对水稻生长发育和养分积累的调控作用，为培育高营养品质水稻品种提供科学依据，对优化植物工厂中水稻的种植具有指导意义。

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