LED光源促进微藻生长的研究

作     者：毛安君 

作者单位：中国海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王晶

授予年度：2007年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：微藻 单色LED 生态照明 生长 光强度量 光谱 

摘      要：步入21世纪,陆地资源日趋匮乏,人类掀起开发利用海洋资源的热潮。海洋微藻是海洋生态系统中的主要初级生产者,营养丰富,富含微量元素和各类生物活性物质,是重要的海洋生物资源。开展海水养殖,提高养殖技术,从而发展养殖业是合理利用海洋微藻资源的主要途径。光照对微藻的生长、繁殖、细胞形态、活性物质积聚都有重要影响,研究光照的作用,应用适当的光照技术加快微藻的生长繁殖,调节其营养成分,能够有效提高微藻培养的产量和质量。因此,研究光照对微藻生长的影响,是海水养殖领域的重要课题。 发光二极管(Light Emitting diode,LED)是一种新型固体光源,与白炽灯和荧光灯相比具有优点,被称为继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯后的第四代光源。目前,LED在日常照明和显示领域得到广泛应用,将其推向生态照明领域是大势所趋。本文选取四种具有较高经济价值的饵料藻,采用单色LED光源研究了光谱对其生长的影响,初步解决了生态照明中光谱定量和效率计算等基本问题,尝试了生态照明中LED光源的设计,为LED在生态照明领域的应用奠定了基础。 在针对微藻生长的研究中,对光强的度量存在光度量、能量度量和量子度量三种标准,由于历史原因对三者存在一定程度的混用。本文分析了三种度量标准对应的光的作用机理,阐明了在微藻培养中应根据光合机理使用量子度量。并在得到三者换算关系的基础上,根据不同光源的光谱功率密度函数,计算出相应的换算系数,方便了不同度量标准下实验结果的比较,扩展了相关测量仪器的功能。 以往研究光照对海洋微藻生长的作用,偏重于光强和光周期的影响。光谱是光照的另一重要参量,对于同样大小的光强,在不同光谱结构的光照射下海藻的生长速率并不相同。另一方面,相关研究中对光谱的表征多采用定性方式,以红光蓝光描述,难以精确反映相关规律。本文选取水产养殖中四种具有较高经济价值的饵料藻海生小球藻、亚心形扁藻、等鞭金藻8701和牟氏角毛藻作为实验对象,以单色LED面阵光源和荧光灯照射,从效率和速率两个角度研究了五种不同光谱的光对其生长的影响,结果表明:一、不同光谱结构的光照在促进微藻生长上有不同的效率;二、连续光谱比带状光谱能获得更高的最大生长率。在分析光合作用反应机理的基础上,本文根据光照光谱与微藻吸收谱的匹配关系,提出光谱吸收系数概念,在一定程度上解释了光谱的效率规律,由此可对光谱参量进行一定程度的量化表征。由此,本文选择8种峰值波长的单色LED,根据微藻的吸收光谱,通过调节各色LED的相对强度,尝试匹配具有连续光谱和高光谱吸收系数的光谱结构,为LED在微藻培养中的实际应用奠定基础。 针对光源在生态照明中的效率问题,本文在合理定量生态照明中的光强和总结光谱对微藻生长影响规律的基础上,提出了根据光源的发光效率计算其光合效率的公式,初步定量了光源促进微藻生长的生态照明效率。