三七是五加科人參屬植物，根和根莖富含皂苷類成分，對心腦血管和血液系統(tǒng)疾病具有顯著療效，有著“金不換”與“南國神草”之美譽。三七作為典型的陰生C3植物，對光敏感。當(dāng)前三七藥材的供應(yīng)主要依賴于大田人工搭建的遮陽網(wǎng)蔭棚下種植。傳統(tǒng)遮蔭棚雖能營造陰生環(huán)境，卻與三七原生森林生境下的光環(huán)境存在顯著差異，主要表現(xiàn)為遮蔭棚內(nèi)的散射光比例（11.0%-58.9%）遠(yuǎn)低于森林林下的天然散射光比例（56%-82.3%）。這種差異導(dǎo)致遮陽網(wǎng)下光照波動劇烈，容易造成三七葉片局部灼傷，無法滿足三七的最佳生長光需求，限制了其產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。突破傳統(tǒng)種植模式，精確模擬三七的原始光環(huán)境—“擬境栽培”，成為解決這一難題的關(guān)鍵。
三七重點實驗室與中國中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心合作，創(chuàng)新性地運用“擬境栽培”理念，從“光環(huán)境”入手，成功破解了這一難題。研究團隊發(fā)現(xiàn)，通過精準(zhǔn)調(diào)控光照參數(shù)中的“散射光比例”，能顯著提升三七的光合效率、促進根系生長，最終實現(xiàn)產(chǎn)量和藥用成分的“雙豐收”。2025年8月，國際農(nóng)林科學(xué)領(lǐng)域Top期刊《Industrial Crops & Products》在線發(fā)表了團隊題為A moderate diffuse PAR ratio improves the yield and quality of Panax notoginseng by enhancing photosynthesis and carbon fixation的研究論文，為三七設(shè)施栽培生態(tài)種植提供了可量化的光環(huán)境調(diào)控參數(shù)，并從光信號-光能利用-碳氮代謝耦合的新視角豐富了“擬境栽培”的理論內(nèi)涵。
該研究創(chuàng)新性地設(shè)計了一套梯度遮陽網(wǎng)分層疊加技術(shù)，通過不同編織工藝和密度的遮陽網(wǎng)組合，巧妙地模擬了森林冠層對光線的多次折射和反射機制，如同為三七搭建了一個“光的迷宮”，成功地將穿透遮陽網(wǎng)的直射光轉(zhuǎn)化為更接近自然林下狀態(tài)的散射光。研究團隊在云南文山的試驗基地模擬了多種森林冠層散射光比例環(huán)境（以森林林下散射光比例0.6為參考基準(zhǔn)），在保證相同透光率的條件下，系統(tǒng)分析其對三七生長的影響。
團隊發(fā)現(xiàn)0.65散射光比例是三七生長的光環(huán)境“黃金點”，其效果顯著優(yōu)于過低或過高的散射光比例。葉面積指數(shù)較其他組高31.93%-47.05%，三七根系活力高16.45%-58.21%。經(jīng)測產(chǎn)，新型遮蔭棚下三年生三七畝產(chǎn)比傳統(tǒng)遮蔭棚下畝產(chǎn)高11.66%-21.02%，皂苷含量提高10.16%-19.17%，該技術(shù)已在三七產(chǎn)區(qū)推廣應(yīng)用。
該研究首次定量揭示了散射光比例作為關(guān)鍵環(huán)境因子，在調(diào)控三七光合生理、碳氮分配及次生代謝產(chǎn)物合成中的核心作用，并精準(zhǔn)找到了最優(yōu)參數(shù)。研究提出的梯度遮陽網(wǎng)分層技術(shù)，為人工精確調(diào)控陰生中藥材冠層散射光環(huán)境提供了切實可行的技術(shù)方案，是未來設(shè)計優(yōu)化喜陰藥用植物遮蔭設(shè)施的重要光調(diào)控參考參數(shù)。此外，該研究從光信號傳導(dǎo)、光能利用效率、碳氮代謝耦合這一全新視角，極大地豐富和發(fā)展了中藥材“擬境栽培”的理論體系，為該理論在實踐中的應(yīng)用提供了堅實的生理生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。
云南省三七重點實驗室崔秀明研究員團隊的楊野教授和中國中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心郭蘭萍研究員為共同通訊作者，昆明理工大學(xué)博士后代春艷和博士生蒙濤為共同第一作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、云南省重點研發(fā)計劃、中國中醫(yī)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項目、中國博士后科學(xué)基金等項目支持。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669025012658
DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.121719
