LED 光質組合對衣藻生長的影響

陳 偉 余杰玲 陳晨遠

（中國計量大學，浙江 杭州310018）

微藻被認為是最具潛力的一種生物燃料原料。光照周期、光照強度、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、藍光，其中紅光主要影響微藻枝葉的生長，藍光主要影響微藻根、莖的生長。

本文通過設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可有效提高微藻的生長速率。

1 實驗材料與培養方法

本次實驗采用衣藻和SE 培養基進行實驗。其中藻種采自中科院水生生物研究所藻種庫。以200ml 錐形瓶為培養皿，選取紅藍光譜配比、光照周期、光照強度構成不同的LED 光質組合進行培養。光源選取白光LED、藍光LED（波峰450nm 附近）和紅光LED（波峰620nm 附近）以及紅藍比8:1、8:2、8:3 的組合光源，另外使用熒光燈作為對比光源。光照強度變化為50μmol/m2s、100μmol/m2s和200μmol/m2s，設置三個光暗周期為12:12，16:08 和24:00。

2 實驗方案

2.1 實驗數據測定

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

本實驗稀釋倍數選擇100 倍。

2.2 實驗方法

以萊茵衣藻作為實驗研究對象，選取紅藍光譜配比、光照周期、光照強度構成不同的LED 光質組合進行培養。每天對錐形瓶定時攪拌以確保CO2在培養基中的溶解量。

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 表示光照強度，A1、A2、A3分別表示光合有效輻射強度變化為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），共需進行9 組實驗，并進行標號。每個生長周期進行培養時，事先對三角瓶進行高溫高壓滅菌，接種前先利用顯微鏡檢查藻種是否受到污染或性狀發生改變，然后在每只培養瓶中接種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行培養。從第二日起，記錄微藻的生長數量并繪制相應的生長曲線。

3 實驗結果與討論

根據實驗數據，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 進行分析，則可計算相應指標有:

對因素B 進行分析，則可計算相應指標有:

對因素C 進行分析，則可計算相應指標有:

根據實驗數據可知，當光合有效輻射強度為200μmol/m2s，光照周期為12：12，紅藍比為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的光質組合。

4 結論

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的不同光譜配比、光照強度、光照周期組合。并設計了一種微藻組織培養智能LED 照明系統，該系統可針對不同微藻植物在不同生長階段下和不同生長環境完成自反饋式補光，使其具有可變光質、可變光強，促進微藻植物的生長，并更加高效地獲取其能源，解決人工微藻培養的光照問題，擴大微藻植物的生產。