LED 光質(zhì)組合對(duì)衣藻生長(zhǎng)的影響

陳 偉 余杰玲 陳晨遠(yuǎn)

（中國(guó)計(jì)量大學(xué)，浙江 杭州310018）

微藻被認(rèn)為是最具潛力的一種生物燃料原料。光照周期、光照強(qiáng)度、光譜分布都是維持微藻植物生長(zhǎng)的生長(zhǎng)因素，且不同藻種在不同的生長(zhǎng)期影響各不相同。近年來(lái)，有多個(gè)三因素單一作用下對(duì)微藻生長(zhǎng)影響的研究[1-2]。例如，彭文琴研究了不同光照周期對(duì)斜生柵藻生長(zhǎng)的影響，可得斜生柵藻在18L:6D 條件下生長(zhǎng)最快[3]。一般合適的光照強(qiáng)度可以增加油脂的含量。對(duì)微藻起主要生長(zhǎng)作用的光譜為紅、藍(lán)光，其中紅光主要影響微藻枝葉的生長(zhǎng)，藍(lán)光主要影響微藻根、莖的生長(zhǎng)。

本文通過(guò)設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)研究了光照三個(gè)因素對(duì)于衣藻生長(zhǎng)的影響，證明通過(guò)改變光照參數(shù)可有效提高微藻的生長(zhǎng)速率。

1 實(shí)驗(yàn)材料與培養(yǎng)方法

本次實(shí)驗(yàn)采用衣藻和SE 培養(yǎng)基進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中藻種采自中科院水生生物研究所藻種庫(kù)。以200ml 錐形瓶為培養(yǎng)皿，選取紅藍(lán)光譜配比、光照周期、光照強(qiáng)度構(gòu)成不同的LED 光質(zhì)組合進(jìn)行培養(yǎng)。光源選取白光LED、藍(lán)光LED（波峰450nm 附近）和紅光LED（波峰620nm 附近）以及紅藍(lán)比8:1、8:2、8:3 的組合光源，另外使用熒光燈作為對(duì)比光源。光照強(qiáng)度變化為50μmol/m2s、100μmol/m2s和200μmol/m2s，設(shè)置三個(gè)光暗周期為12:12，16:08 和24:00。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定

采用血球計(jì)數(shù)板對(duì)衣藻生長(zhǎng)數(shù)進(jìn)行測(cè)定。所選用血球計(jì)數(shù)板的型號(hào)為16×25 型，包含16 中格，取四角1、4、13、16 四個(gè)中方格計(jì)數(shù)。每一中格包含25 小格。利用顯微鏡計(jì)數(shù)重復(fù)3 次，取其平均值。計(jì)數(shù)完畢后，按如下公式進(jìn)行計(jì)算。

本實(shí)驗(yàn)稀釋倍數(shù)選擇100 倍。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

以萊茵衣藻作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，選取紅藍(lán)光譜配比、光照周期、光照強(qiáng)度構(gòu)成不同的LED 光質(zhì)組合進(jìn)行培養(yǎng)。每天對(duì)錐形瓶定時(shí)攪拌以確保CO2在培養(yǎng)基中的溶解量。

本實(shí)驗(yàn)研究中涉及到三個(gè)影響因素，每個(gè)影響因素設(shè)置三組變量。為減少實(shí)驗(yàn)工作量，采取三因素三水平的正交分析實(shí)驗(yàn)。其中A 表示光照強(qiáng)度，A1、A2、A3分別表示光合有效輻射強(qiáng)度變化為50μmol/m2s、100μmol/m2s 和200μmol/m2s；B 表示光譜配比，B1、B2、B3分別表示紅藍(lán)比8:1、8:2、8:3 的組合光源；C 表示光照周期，C1、C2、C3分別表示三個(gè)光暗周期（16:8，12:12 和24:0），共需進(jìn)行9 組實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行標(biāo)號(hào)。每個(gè)生長(zhǎng)周期進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，事先對(duì)三角瓶進(jìn)行高溫高壓滅菌，接種前先利用顯微鏡檢查藻種是否受到污染或性狀發(fā)生改變，然后在每只培養(yǎng)瓶中接種10mL 藻種液體。置于各組合光源下，在25-30℃溫度時(shí)，不同光暗周期的條件進(jìn)行培養(yǎng)。從第二日起，記錄微藻的生長(zhǎng)數(shù)量并繪制相應(yīng)的生長(zhǎng)曲線。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可繪制衣藻植物生長(zhǎng)曲線如圖所示。

圖1 不同樣品衣藻生長(zhǎng)曲線

對(duì)因素A 進(jìn)行分析，則可計(jì)算相應(yīng)指標(biāo)有:

對(duì)因素B 進(jìn)行分析，則可計(jì)算相應(yīng)指標(biāo)有:

對(duì)因素C 進(jìn)行分析，則可計(jì)算相應(yīng)指標(biāo)有:

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)光合有效輻射強(qiáng)度為200μmol/m2s，光照周期為12：12，紅藍(lán)比為8：2 時(shí)，衣藻的生長(zhǎng)情況更佳，由所繪制曲線可知，微藻在不同光質(zhì)配比下的生長(zhǎng)方式趨近于S型增長(zhǎng)，第1-3 天生長(zhǎng)緩慢，第4-7 天生長(zhǎng)速度劇增，第7 天之后又緩慢生長(zhǎng)，表明微藻植物的生長(zhǎng)需要較優(yōu)的光質(zhì)組合。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目基于LED 光源，以衣藻為例通過(guò)一系列測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究微藻生長(zhǎng)中較優(yōu)的不同光譜配比、光照強(qiáng)度、光照周期組合。并設(shè)計(jì)了一種微藻組織培養(yǎng)智能LED 照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)可針對(duì)不同微藻植物在不同生長(zhǎng)階段下和不同生長(zhǎng)環(huán)境完成自反饋式補(bǔ)光，使其具有可變光質(zhì)、可變光強(qiáng)，促進(jìn)微藻植物的生長(zhǎng)，并更加高效地獲取其能源，解決人工微藻培養(yǎng)的光照問(wèn)題，擴(kuò)大微藻植物的生產(chǎn)。