LED 光質(zhì)組合對衣藻生長的影響

陳 偉 余杰玲 陳晨遠(yuǎn)

（中國計量大學(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的生長因素，且不同藻種在不同的生長期影響各不相同。近年來，有多個三因素單一作用下對微藻生長影響的研究[1-2]。例如，彭文琴研究了不同光照周期對斜生柵藻生長的影響，可得斜生柵藻在18L:6D 條件下生長最快[3]。一般合適的光照強(qiáng)度可以增加油脂的含量。對微藻起主要生長作用的光譜為紅、藍(lán)光，其中紅光主要影響微藻枝葉的生長，藍(lán)光主要影響微藻根、莖的生長。

本文通過設(shè)計正交實驗研究了光照三個因素對于衣藻生長的影響，證明通過改變光照參數(shù)可有效提高微藻的生長速率。

1 實驗材料與培養(yǎng)方法

本次實驗采用衣藻和SE 培養(yǎng)基進(jìn)行實驗。其中藻種采自中科院水生生物研究所藻種庫。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比光源。光照強(qiáng)度變化為50μmol/m2s、100μmol/m2s和200μmol/m2s，設(shè)置三個光暗周期為12:12，16:08 和24:00。

2 實驗方案

2.1 實驗數(shù)據(jù)測定

采用血球計數(shù)板對衣藻生長數(shù)進(jìn)行測定。所選用血球計數(shù)板的型號為16×25 型，包含16 中格，取四角1、4、13、16 四個中方格計數(shù)。每一中格包含25 小格。利用顯微鏡計數(shù)重復(fù)3 次，取其平均值。計數(shù)完畢后，按如下公式進(jìn)行計算。

本實驗稀釋倍數(shù)選擇100 倍。

2.2 實驗方法

以萊茵衣藻作為實驗研究對象，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)。每天對錐形瓶定時攪拌以確保CO2在培養(yǎng)基中的溶解量。

本實驗研究中涉及到三個影響因素，每個影響因素設(shè)置三組變量。為減少實驗工作量，采取三因素三水平的正交分析實驗。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分別表示三個光暗周期（16:8，12:12 和24:0），共需進(jìn)行9 組實驗，并進(jìn)行標(biāo)號。每個生長周期進(jìn)行培養(yǎng)時，事先對三角瓶進(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，不同光暗周期的條件進(jìn)行培養(yǎng)。從第二日起，記錄微藻的生長數(shù)量并繪制相應(yīng)的生長曲線。

3 實驗結(jié)果與討論

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，可繪制衣藻植物生長曲線如圖所示。

圖1 不同樣品衣藻生長曲線

對因素A 進(jìn)行分析，則可計算相應(yīng)指標(biāo)有:

對因素B 進(jìn)行分析，則可計算相應(yīng)指標(biāo)有:

對因素C 進(jìn)行分析，則可計算相應(yīng)指標(biāo)有:

根據(jù)實驗數(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，衣藻的生長情況更佳，由所繪制曲線可知，微藻在不同光質(zhì)配比下的生長方式趨近于S型增長，第1-3 天生長緩慢，第4-7 天生長速度劇增，第7 天之后又緩慢生長，表明微藻植物的生長需要較優(yōu)的光質(zhì)組合。

4 結(jié)論

本項目基于LED 光源，以衣藻為例通過一系列測量實驗研究微藻生長中較優(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)可針對不同微藻植物在不同生長階段下和不同生長環(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，并更加高效地獲取其能源，解決人工微藻培養(yǎng)的光照問題，擴(kuò)大微藻植物的生產(chǎn)。