Анализ влияния светового режима, густоты посева и удобрения на накопление вторичных метаболитов и взаимосвязь роста и защиты у микрозелени Brassicaceae

Несмотря на значительное повышение урожайности сельскохозяйственных культур с течением времени, это не сопровождалось соответствующим улучшением питания человека; напротив, наблюдаются ухудшения, связанные с чрезмерным и недостаточным потреблением отдельных групп продуктов, что ведёт к отрицательным последствиям для здоровья. Одним из подходов к решению этой проблемы является выращивание микрозелени в контролируемых условиях окружающей среды для получения листовой продукции с высокой плотностью ценных вторичных метаболитов (ВМ), таких как антиоксиданты, фенолы и пигментные молекулы, связанных с положительными эффектами для здоровья человека. Оптимальные рецепты выращивания микрозелени для максимизации биомассы и концентрации питательных веществ плохо изучены из‑за видоспецифической изменчивости и биологических компромиссов между биомассой и синтезом ВМ, что описано гипотезой «рост–защита», согласно которой у растений имеется конечный углеродный бюджет для распределения между ростом и защитными процессами. В данном исследовании в климатических камерах при строго контролируемых условиях выращивали три вида микрозелени Brassicaceae (кольраби, горчица и редис) с применением пяти световых режимов, двух уровней удобрения и двух вариантов густоты посева. Результаты показали существенные различия в продукции ВМ в ответ на изменение падающего света, а также значимые взаимодействия между удобрением и световым режимом для всех ВМ, кроме антоцианов. Для всех трёх видов световой режим с высоким содержанием дальнего красного света (High Far-Red) обеспечивал статистически наибольшую концентрацию фенолов, но более низкие значения остальных четырёх ВМ. Низкоинтенсивные 24‑вольтовые энергоэффективные светодиоды дали статистически наивысшие значения Trolox Equivalent Antioxidant Capacity (TEAC), в то время как режим с высоким содержанием красного света (High Red) обеспечивал наивысшие значения феррицидующей антиоксидантной активности (FRAP) и концентрации флавоноидов. Для антоцианов закономерности были менее однозначными: режимы No Green и High Red в целом давали более высокие концентрации, но не всегда статистически значимо. Наблюдены данные, подтверждающие гипотезу рост–защита: более высокая биомасса была отрицательно коррелирована с концентрациями ВМ. Для кольраби и горчицы отмечены значительные различия в концентрациях ВМ между листьями и стеблями. Наконец, выявлены связи между увеличением дозы удобрения и ВМ: концентрации флавоноидов и FRAP увеличивались при внесении удобрений, антоцианы уменьшались, тогда как фенолы и TEAC мало изменялись. В заключение установлено, что световой режим и удобрение, а также часто их взаимодействие, существенно влияют на накопление ВМ в микрозелени Brassicaceae, что может информировать практики её производства.