JIA | 中国农业大学、北京市农林科学院联合福建农林大学揭示可控环境下适宜光照实现小麦“又快...

来源：市场资讯

（来源：小麦研究联盟）

2050年全球人口将达97亿，粮食产量需增加60%以上。然而，耕地退化以及作物自身生长周期长等问题，使得传统大田农业难以满足未来粮食需求。可控环境农业（Controlled Environment Agriculture, CEA）凭借其不受外界气候影响、可实现周年连续生产的特点，被认为是提高单位面积、单位时间粮食生产力的重要途径。LED光源作为可控农业的核心设备，其光照时间和光谱分布是影响作物生长发育关键的调控因子之一。小麦是典型的长日照作物，延长光照可加速其开花成熟，但往往伴随产量下降。如何在加速生长的同时保持甚至提高产量，是亟待解决的科学问题。

针对这一问题，中国农业大学、北京市农林科学院联合福建农林大学通过优化LED光照的时长和光谱配比，提高有限生长时间内碳水化合物的定向供应，加速花粉发育进程，实现了小麦“生长更快、产量更高”的双重目标，为可控农业中籽粒类产品的高效生产提供了理论依据与技术方案。相关研究结果以“Faster and greater wheat production governed by LED light in controlled environment agriculture”为题在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）2026年10期发表。

该研究以春小麦品种“永良4号”为材料，在植物工厂中设置5种LED光照处理，包括12 h光照/12 h黑暗+白光（P12W）、17 h光照/7 h黑暗+白光（P17W）、22 h光照/2 h黑暗+白光（P22W）、22 h光照/2 h黑暗+红:绿:蓝光比为6:3:2（P22RGB），以及22 h光照/2 h黑暗+红:蓝光比为6:1（P22RB），通过动态监测不同处理下小麦的发育进程和生长动态，并结合基因表达分析和生产潜力估算，明确了适宜LED光照实现可控小麦快速世代循环和高产的可行性。

主要发现：

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延长光照时间显著缩短小麦生育期，实现“更快”生长

与P12W处理相比，P22W处理下成熟期提前35天，整个生育周期仅需63天（图1）。然而，单纯延长光照时间虽能实现“快”的目标，但缩短的发育时间限制了光合生产，且持续光照诱导的光胁迫显著抑制孢粉素合成和花粉外壁形成相关基因表达，导致花粉发育受阻、籽粒不育，陷入“快而少”的生产困境。

图1 不同LED光照处理下小麦的发育进程

02

红光富集光谱有效恢复长日照造成的产量损失，实现“又快又多”

在22 h光照基础上，增加光谱中红光比例（P22RB）可有效缓解长日照胁迫，激活碳水化合物代谢相关基因表达，增强光合生产并提高其向生殖器官的转运；同时孢粉素合成通路核心基因显著上调，促进花粉外壁快速形成，最终通过增加每穗粒数实现了产量的部分恢复（图2、图3）。

图2 不同LED光照处理下小麦的产量构成

图3 红光富集光谱诱导小麦产量提高的关键基因调控网络

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适当延长光照时间或红光富集光谱的目标导向生产

在可控环境农业中，采用P17W和P22RB处理所代表的优化光照方案，每年可培育5至6代小麦，产量达3.16-5.87千克/平方米/年，比大田种植高出3.59至6.68倍（表1）。其中，P17W处理的年产量最高，适合以高产为目标的规模化生产；P22RB处理则能在保持较快世代更替的同时获得可观产量，适用于育种加速和周年生产。

表1 可控环境下优化光照方案的小麦生产潜力

中国农业大学张英华教授、北京市农林科学院薛绪掌研究员、福建农林大学古力副教授为该论文的通讯作者，中国农业大学博士毕业生、福建农林大学讲师郭晓磊为第一作者。

本研究得到了国家自然科学基金（32472227）、农业物联网技术北京市工程实验室建设（PT2022-23）和国家小麦产业技术体系项目（CARS-3）的资助。

Faster and greater wheat production governed by LED light in controlled environment agriculture - ScienceDirect

Cite the article:

Xiaolei Guo, Zhimin Wang, Mingjie Li, Zhongyi Zhang, Xuzhang Xue, Yinghua Zhang, Li Gu. 2026. Faster and greater wheat production governed by LED light in controlled environment agriculture. Journal of Integrative Agriculture, 25(10): 4090-4101.

研究团队简介

该团队长期聚焦于小麦穗粒数形成机制及调控、作物超高产栽培理论与技术、作物抗逆栽培理论与技术、作物产量-品质-效率协同提升的栽培学机制与途径的研究。其中，在穗粒数方面，明确了穗粒数调控的时间窗口与物质保障双重机制，并从光环境、养分供给和基因型三个维度系统阐明了穗粒数调控途径，相关研究结果发表在《Plant Cell & Environment》、《Journal of Experimental Botany》、《Field Crops Research》、《Journal of Plant Growth and Regulation》、《The Crop Journal》、《Journal of Integrative Agriculture》杂志上，为小麦高产栽培和育种提供了理论依据。

| 图文由作者团队提供