湖南农业大学农业人工智能实验室在茶树茶氨酸的光调控研究方面取得新进展

茶氨酸是决定绿茶鲜爽滋味和保健功能的关键成分，其含量高低直接关系茶叶品质与产业效益。近日，湖南农业大学农业人工智能实验室在茶树品质形成的光调控机制研究方面取得重要进展，系统揭示了蓝光与红光对保靖黄金茶茶氨酸积累的差异化调控作用及其分子基础。相关研究成果以Transcriptome analysis revealed the effect of blue and red light on theanine content in Baojing Huangjincha tea为题，发表在Beverage Plant Research期刊上。该论文第一作者为团队已毕业博士研究生，现安徽农业大学茶树种质创新与资源利用全国重点实验室博士后盖淑杰，湖南农业大学湘江卓越工程师学院院长、湖南省茶叶产业技术体系装备岗位专家、湖南农业大学农业人工智能实验室负责人周智教授为该文通讯作者。本研究得到了湖南省重点研发项目（2024JJ3019）、芙蓉计划省企业科技创新与创业团队支持项目以及湖南省农业光学工程技术研究中心（2018TP2003）的支持。

“保靖黄金茶1号”是湖南省珍稀特色茶树品种，以茶氨酸含量高、滋味鲜爽而著称，其茶氨酸水平通常为普通绿茶品种的1.5–3倍。然而，在生产实践中，该品种茶氨酸含量在早春达到高峰、春末迅速下降，导致优质鲜叶采摘窗口期短，严重制约了产业附加值提升。光照是影响茶树生长与次生代谢的重要环境因子，但长期以来，生产实践多依赖经验调整光环境，不同光质对茶氨酸积累的作用规律及其分子机制仍缺乏系统认知。围绕智慧农业中“如何科学用光”这一核心问题，周智教授团队依托在发光材料制备与光调控应用研究方面的长期积累，开展了针对保靖黄金茶的系统研究。

本研究以‘保靖黄金茶1号’扦插苗为材料，设置了白光对照组及4种不同红蓝光处理组：单色蓝光（430nm）、单色红光（630nm）、蓝/红（2：1）与红/蓝（2：1），系统分析了光质对茶树光合色素和茶氨酸积累的影响。结果表明，与白光相比，蓝光和蓝/红（2：1）处理显著促进茶氨酸的积累。其中，蓝光处理下的茶氨酸含量分别比白光和红光处理高1.5倍和1.4倍，表明蓝光可有效保持较高茶氨酸含量。相反，光合色素含量在红光处理下达到最高。转录组分析显示，与白光相比，蓝光和蓝/红（2：1）处理分别检出1394个和3298个差异表达基因，这些差异表达基因主要富集到初级代谢、氨基酸、甘氨酸-丝氨酸-苏氨酸通路、类胡萝卜素及叶绿素代谢等五个通路中，这与茶氨酸和叶绿素含量的变化相一致。进一步分析发现，蓝光处理显著上调茶氨酸生物合成相关基因CsTS和CsSAMDC的表达，该结果经qRT-PCR验证。

图1 不同光照处理下光信号基因（a）的表达水平以及与茶氨酸生物合成相关基因的表达模式（b）

同时，通过加权基因共表达网络分析，选出KME（Module Membership）值最高的基因CsNHL和CsCML42（图2），推测是红蓝光对茶氨酸代谢进行调控的枢纽基因。本研究初步阐明了光质调控茶树中茶氨酸积累的生理和分子基础，为提高保靖黄金茶的经济价值提供了理论依据和技术参考。

图2 加权基因共表达网络分析

该研究是周智教授团队近年来智慧农业光调控交叉研究体系的重要组成部分。团队长期围绕“光—物质—生物响应”这一核心科学问题，融合光学工程、材料化学、植物生理学和分子生物学等多学科手段，构建了从光源设计、光参数精准调控，到生物响应解析和农业应用验证的完整研究链条。该研究不仅为提升保靖黄金茶的经济价值提供了理论依据，也为构建以机理为导向的智慧农业光调控理论体系奠定了坚实基础。

湖南农业大学农业人工智能实验室（AIFA）介绍

湖南农业大学农业人工智能实验室（Artificial Intelligence for Agricultural Laboratory of Hunan Agricultural University，简称AIFA）依托湘江卓越工程师学院、农学院、化学与材料科学学院等相关学院于2025年8月30日正式成立。实验室起源于2014年成立的MEE课题组，MEE课题组早期致力于用材料（Materials）制备方法解决能源（Energy）与环境（Environment）领域的问题，后期依托农学院、化学与材料科学学院组建农用化学材料学科交叉实验室，后升级为交叉学科研究院，推动科研成果从理论发现走向产业运用。

2025年8月30日，湖南农业大学正式成立农业人工智能实验室。该实验室的设立，是为积极响应2024年《政府工作报告》中首次提出的“人工智能+”行动，紧密对接国家推动人工智能与实体经济深度融合的战略部署。实验室将致力于促进人工智能技术在农业领域的深度融合与创新应用。

AIFA实验室延续MEE课题组的研究根基，进一步整合人工智能、大数据、先进材料与智能装备等前沿技术，推动农业走向精准化、绿色化和智能化。实验室立足湖南，面向国家重大战略需求，重点开展农业环境智能感知、农业机器人、智慧农场系统、绿色能源材料与低碳技术等方向的创新研究，致力为实现乡村振兴和农业可持续发展提供关键技术支撑和系统解决方案。

目前，实验室已组建起一支高水平、多学科交叉的科研团队，包括以周智教授为代表的9名教师、1名博士后、8名博士研究生及36名硕士研究生。依托湖南农业大学深厚的农业学科积淀和湘江卓越工程师学院的工程化能力，实验室积极推动科研成果从理论探索走向产业应用。此外，还通过支持学生创业，积极探索智慧农业与农业无人技术应用场景中的关键问题，以创新模式应对未来农业发展的技术挑战和产业需求。