《South African Journal of Botany》：A novel fluorescence-based approach combined with antioxidant methods for comparative assessment of light-stress responses in three basil varieties: Indoors vs outdoors growing
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比較三種羅勒品種（Genovese、Lemon basil、Purple basil）在控制光照和開放環境下的抗氧化狀態及熒光特征，結合MCR-ALS和PCA分析，發現品種特異性光脅迫響應，C2熒光成分在開放環境中短波藍移，說明光敏感特性，同時檢測到總酚、黃酮及抗壞血酸含量的品種間差異，驗證熒光光譜結合多元分析的可行性。
博亞娜·日瓦諾維奇（Bojana ?ivanovi?）|索尼婭·米利奇·科米奇（Sonja Mili? Komi?）|德拉加娜·巴托利奇（Dragana Bartoli?）|安娜·塞德拉雷維奇·佐里奇（Ana Sedlarevi? Zori?）|索尼婭·韋洛維奇·約沃諾維奇（Sonja Veljovi? Jovanovi?）
貝爾格萊德大學生命科學系 – 塞爾維亞共和國國家研究所多學科研究學院，Kneza Vi?eslava 1號，11030貝爾格萊德，塞爾維亞
摘要
本研究的目的是比較三種羅勒品種（Ocimum basilicum var. Genovese – GB、Ocimum × citriodorum – LB 和 Ocimum basilicum var. purpurascens – PB）在受控光照條件下（生長室和露天環境中）抗氧化狀態和熒光特征的變化。主要目標是通過結合熒光光譜學和多變量分析，識別不同品種中存在的關鍵熒光團及其在環境變化中的動態。多變量曲線分辨-交替最小二乘法（MCR-ALS）與主成分分析（PCA）的結合揭示了品種對生長環境條件的特異性響應。從熒光測量數據中分離出兩個關鍵光譜成分C1和C2，并進行了多變量分析。雖然C1的發射光譜形狀在所有羅勒品種和生長條件下保持一致，但C2表現出品種特異性模式，其中檸檬羅勒在露天條件下向較短波長方向發生明顯藍移，表明其對光照脅迫具有特異性敏感性。還量化了具有抗氧化活性的代謝物（總酚類和黃酮類含量、抗壞血酸以及抗氧化能力）。研究了三種品種在陽光暴露后的適應策略。在PB品種中，觀察到在露天條件下抗氧化活性增加；而在GB和LB品種中，抗壞血酸含量增加，同時總酚類含量（TPC）和表皮黃酮類（EpFlav）也增加，但抗氧化活性沒有相應變化。總體而言，基于特征熒光團的熒光光譜學與MCR-ALS和PCA結合的方法可以作為一種快速、無創的方法來區分不同品種和生長條件下的羅勒。研究結果表明，基于熒光的方法結合傳統的抗氧化檢測方法可作為預測植物應激反應的標志物。
引言
羅勒是一種常見的芳香草本植物，廣泛用于各種烹飪中，以其獨特的風味和營養價值而聞名（Mosadegh等人，2018；Castronuovo等人，2019）。羅勒葉中含有高水平的生物活性化合物，包括酚類和萜類化合物，這些化合物對預防多種健康問題具有重要意義（Dou等人，2019；dos S. Nascimento等人，2020；Majdi等人，2020）。此外，羅勒中的植物化學物質含量和組成取決于品種及生長環境條件（Mosadegh等人，2018；Majdi等人，2020）。隨著對更健康食品需求的增加，羅勒的生產正在擴大，尤其是那些不太知名的品種，而不僅僅是傳統的Genovese甜羅勒品種。
鑒于對具有增強抗氧化特性的高質量羅勒的需求增加，栽培實踐得到了優化，主要集中在光照質量和強度上（Sakalauskait?等人，2013；Semenova等人，2022）。盡管羅勒的露天栽培仍然很普遍，但市場需求的增長和不可預測的天氣條件增加了在受控環境農業（CEA）系統中種植不同羅勒品種的需求——如溫室、高隧道和室內垂直農場（Dou等人，2017；Sipos等人，2021；Semenova等人，2022）。在受控環境中管理植物生長條件通常可以提高作物產量和營養價值，同時增加經濟效益（Vir?il?等人，2023）。室內羅勒栽培的總體目標是通過誘導植物合成次生代謝物來增強其抗氧化特性，而不影響整體光合作用效率和植物生長（Skowron等人，2025）。在其他環境因素中，光照強度和質量對植物的光合作用速率、養分吸收、生物活性化合物的積累以及信號代謝、生長速率、形態和解剖特征都有顯著影響（Stagnari等人，2018；Taulavuori等人，2018）。因此，CEA中的光照利用效率不僅影響植物的生長表現，還影響整個生產系統的經濟可持續性（Pennisi等人，2020）。
大規模儀器方法，如氣相色譜和液相色譜（包括質譜法），常用于分析植物的活性成分（Proz等人，2021；Mili? Komi?等人，2023；Aghamirzaei等人，2024）。這些方法通常成本較高且耗時較長，還會破壞樣品。由于熒光光譜技術與化學計量工具的結合，其在復雜樣品（如食品成分）分析中的應用有所增加。其無創和快速的方法在評估食品質量和安全性方面顯示出新的前景，可用于分析樣品中的熒光化合物（Stankovi?等人，2020；Radoti?等人，2023）。食品樣品的復雜熒光發射光譜由多個重疊的熒光團組成，需要對其進行分析。為了分離樣品總發射光譜中各個熒光團的貢獻，需要在多個特定激發波長下測量一系列發射光譜。這一過程生成了激發-發射矩陣（EEMs），提供了關于樣品中不同化合物熒光特性的信息。多變量曲線分辨-交替最小二乘法（MCR-ALS）已被用于不同類型食品的EEMs表征（Christensen等人，2006；Bartoli?等人，2018；Stankovi?等人，2019）。此前已有研究將熒光光譜學與先進數學方法結合用于甜羅勒的分析（Du等人，2024）。
本研究的目的是比較不同栽培條件下羅勒品種的抗氧化狀態變化及其獨特的熒光特征。主要目的是探討熒光光譜學結合多變量分析如何實現羅勒品種和生長條件之間的全面和敏感區分。這種方法可以作為未來研究的基礎，不僅有助于優化羅勒栽培和提升其健康益處，還可應用于其他草本和藥用植物物種。
實驗部分
植物材料
三種羅勒品種的種子——Ocimum basilicum var. Genovese（GB）、Ocimum × citriodorum（Ocimum basilicum和Ocimum americanum的雜交種，LB）以及Ocimum basilicum var. purpurascens（PB）——通過商業途徑購買，并在含有Klasmann Potgrond H培養基（Klasmann-Deilmann，德國Geeste）的盆中發芽。兩周大的均勻植株被隨機分組并種植在8 × 8厘米的塑料盆中。隨后將植株移栽到更大的盆中，并在生長室中再生長4周。
三種羅勒品種葉片中的表皮黃酮類和葉綠素含量
本研究發現，GB和PB品種的表皮黃酮類含量相對相似，而LB品種的EpFlav含量高出30–45%。將植株暴露在全日照下可誘導LB和GB品種中EpFlav的積累，而PB品種沒有變化（圖1a）。我們之前的研究也表明，將羅勒植株暴露在陽光下可誘導表皮黃酮類的積累（Mili? Komi?等人，2023），其他研究者也在其他植物物種中證實了這一點（
結論
檸檬羅勒對環境變化的敏感性最高，表現為表皮黃酮類和抗壞血酸的積累以及熒光特征的變化；而紫色羅勒的整體抗氧化能力顯著增強，這突顯了花青素在高光照脅迫下的關鍵保護作用。不同品種之間的適應反應可能是由于特定酚類化合物的品種特異性作用所致。
資助
本研究得到了塞爾維亞共和國科學技術發展與創新部（合同編號451-03-136/2025-03/200053）以及貝爾格萊德大學綠色技術中心——塞爾維亞共和國國家研究所多學科研究學院的支持。
作者貢獻聲明
博亞娜·日瓦諾維奇（Bojana ?ivanovi?）：撰寫 – 審稿與編輯、原始草稿撰寫、數據可視化、方法論設計、實驗設計、數據管理、概念構建。索尼婭·米利奇·科米奇（Sonja Mili? Komi?）：撰寫 – 審稿與編輯、原始草稿撰寫、數據可視化、方法論設計、實驗設計、數據管理、概念構建。德拉加娜·巴托利奇（Dragana Bartoli?）：撰寫 – 審稿與編輯、數據可視化、方法論設計、實驗設計、數據管理、概念構建。安娜·塞德拉雷維奇·佐里奇（Ana Sedlarevi? Zori?）：撰寫 – 審稿與編輯、方法論設計、實驗設計、數據管理。利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文工作的財務利益或個人關系。
