科研人员揭示叶片背面光合潜力：净光合+32%，产量2.8倍，还省30%电

中国农业科学院都市农业研究所智能园艺装备团队在Environmental and Experimental Botany在线发表了题为“Abaxial leaf illumination: A strategy to enhance photosynthesis and yield in strawberry (Fragaria × ananassa)”的研究论文。该研究揭示了叶片背面可被激活的光合潜力，提出了设施环境下提升作物光能利用效率和生产效益的LED高效供光新策略，为设施补光和LED植物工厂光环境精准调控提供了新的理论依据与技术路径。

研究背景

在设施农业领域，人工光型植物工厂主要依靠LED人工光源完成作物培育。目前常用的供光策略仅针对叶片正面设计，忽视了叶片背面的光合潜力，使其长期无法得到有效开发利用。在高密度栽培模式与冠层遮阴的双重影响下，下层叶片及叶片背面普遍处于弱光状态，这一问题极大制约了作物群体的光能利用效率，也是阻碍产量进一步提升的关键瓶颈。

由此可见，挖掘叶片背面的光合潜能，同时优化创新LED供光模式，已成为提高设施作物光能利用率、增强整体生产效益的核心研究方向。

针对这一问题，研究团队围绕设施栽培LED节能高效供光需求，系统比较了不同光强条件下叶片正面和背面受光对叶片光合生理、气孔发育及植株产量的影响，重点评估了叶片背面海绵组织的光合潜力及其对群体光合生产力的贡献。

图. 不同供光方向与光强对叶片光合性能及植株产量的影响

研究内容

研究团队选取典型浆果作物草莓作为试验材料，于亚适宜光照环境中开展叶正面与叶背面不同强度的补光试验。研究综合运用光合气体交换、叶绿素荧光、叶肉导度测算等分析手段，全面探究了叶背补光对草莓光合能力的调控作用。

通过观测气孔结构形态、光合色素含量与生物量分配格局，揭示了不同补光模式影响草莓生长发育的内在生理机理；同时结合果实产量与品质的综合评价，确定了能够有效提升草莓产量与品质的最佳叶背补光强度。

此外，该研究利用皮尔逊相关性分析，建立了草莓产量与光合及表型指标间的关联模型，量化阐明了叶背补光所带来的光合效率提升对产量积累的贡献机制。

研究结论与意义

研究证实，对植株叶片背面施加中等强度LED补光，能有效提升叶片光化学效率、气体交换功能并优化气孔结构，从而强化植株碳同化作用，促进生物量积累。数据显示，相较于未补光的对照组，叶片净光合速率可提高32%，草莓产量增幅约达2.8倍；同时果实内可溶性糖、可溶性蛋白含量均明显增加，果实成熟期也能提前5至7天。

对比来看，若要达到同等增产效果，高强度的叶片正面补光模式耗能更高，而叶背补光所需光照强度更低，光子通量消耗可减少30%，光能利用率更优，节能优势突出。

该研究立足叶片双面光合特性，创新了设施栽培中LED补光方案，打破了仅向叶片正面供光的传统方式，不仅为设施农业补光、植物工厂的LED供光应用开辟了新路径，也对提升人工光植物生产体系的光能利用率、降低生产能耗、提高单位面积产出具有重要实践价值。

该研究得到中国农业科学院科技创新工程、四川省自然科学基金项目支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2026.106345

来源：中国农业科学院都市农业研究所、智能园艺装备创新团队