LED 光质组合对衣藻生长的影响

陈 伟 余杰玲 陈晨远

（中国计量大学，浙江 杭州310018）

微藻被认为是最具潜力的一种生物燃料原料。光照周期、光照强度、光谱分布都是维持微藻植物生长的生长因素，且不同藻种在不同的生长期影响各不相同。近年来，有多个三因素单一作用下对微藻生长影响的研究[1-2]。例如，彭文琴研究了不同光照周期对斜生栅藻生长的影响，可得斜生栅藻在18L:6D 条件下生长最快[3]。一般合适的光照强度可以增加油脂的含量。对微藻起主要生长作用的光谱为红、蓝光，其中红光主要影响微藻枝叶的生长，蓝光主要影响微藻根、茎的生长。

本文通过设计正交实验研究了光照三个因素对于衣藻生长的影响，证明通过改变光照参数可有效提高微藻的生长速率。

1 实验材料与培养方法

本次实验采用衣藻和SE 培养基进行实验。其中藻种采自中科院水生生物研究所藻种库。以200ml 锥形瓶为培养皿，选取红蓝光谱配比、光照周期、光照强度构成不同的LED 光质组合进行培养。光源选取白光LED、蓝光LED（波峰450nm 附近）和红光LED（波峰620nm 附近）以及红蓝比8:1、8:2、8:3 的组合光源，另外使用荧光灯作为对比光源。光照强度变化为50μmol/m2s、100μmol/m2s和200μmol/m2s，设置三个光暗周期为12:12，16:08 和24:00。

2 实验方案

2.1 实验数据测定

采用血球计数板对衣藻生长数进行测定。所选用血球计数板的型号为16×25 型，包含16 中格，取四角1、4、13、16 四个中方格计数。每一中格包含25 小格。利用显微镜计数重复3 次，取其平均值。计数完毕后，按如下公式进行计算。

本实验稀释倍数选择100 倍。

2.2 实验方法

以莱茵衣藻作为实验研究对象，选取红蓝光谱配比、光照周期、光照强度构成不同的LED 光质组合进行培养。每天对锥形瓶定时搅拌以确保CO2在培养基中的溶解量。

本实验研究中涉及到三个影响因素，每个影响因素设置三组变量。为减少实验工作量，采取三因素三水平的正交分析实验。其中A 表示光照强度，A1、A2、A3分别表示光合有效辐射强度变化为50μmol/m2s、100μmol/m2s 和200μmol/m2s；B 表示光谱配比，B1、B2、B3分别表示红蓝比8:1、8:2、8:3 的组合光源；C 表示光照周期，C1、C2、C3分别表示三个光暗周期（16:8，12:12 和24:0），共需进行9 组实验，并进行标号。每个生长周期进行培养时，事先对三角瓶进行高温高压灭菌，接种前先利用显微镜检查藻种是否受到污染或性状发生改变，然后在每只培养瓶中接种10mL 藻种液体。置于各组合光源下，在25-30℃温度时，不同光暗周期的条件进行培养。从第二日起，记录微藻的生长数量并绘制相应的生长曲线。

3 实验结果与讨论

根据实验数据，可绘制衣藻植物生长曲线如图所示。

图1 不同样品衣藻生长曲线

对因素A 进行分析，则可计算相应指标有:

对因素B 进行分析，则可计算相应指标有:

对因素C 进行分析，则可计算相应指标有:

根据实验数据可知，当光合有效辐射强度为200μmol/m2s，光照周期为12：12，红蓝比为8：2 时，衣藻的生长情况更佳，由所绘制曲线可知，微藻在不同光质配比下的生长方式趋近于S型增长，第1-3 天生长缓慢，第4-7 天生长速度剧增，第7 天之后又缓慢生长，表明微藻植物的生长需要较优的光质组合。

4 结论

本项目基于LED 光源，以衣藻为例通过一系列测量实验研究微藻生长中较优的不同光谱配比、光照强度、光照周期组合。并设计了一种微藻组织培养智能LED 照明系统，该系统可针对不同微藻植物在不同生长阶段下和不同生长环境完成自反馈式补光，使其具有可变光质、可变光强，促进微藻植物的生长，并更加高效地获取其能源，解决人工微藻培养的光照问题，扩大微藻植物的生产。