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标题: LED可加速水生动植物生长沿海沿河现商机！ [打印本页]

作者: angel 时间: 2016-2-25 15:54
标题: LED可加速水生动植物生长沿海沿河现商机！
　　近年来，我国休闲、观赏渔业发展势头强劲，已成为渔业发展中的一个新亮点，观赏鱼正“游”入寻常百姓家庭。生态水族的主角是鱼、水草，视觉欣赏是其主要功能。水族箱的照明系统起着决定性作用，LED 被认为是未来主要的、理想的人工水生动植物补光光源，具有高亮度、波带窄、节能、环保、寿命长等优点。
　　首先看看单色LED对水生动植物影响的实验，得到LED在水族照明中的应用原理及关键技术参数。
　　实验部分
　　1、材料与仪器
　　水生植物(金钱草、水葫芦、香菇草、青丝红叶、虎耳及红蝴蝶)，水生动物(虎皮鱼、红箭鱼、黑玛利)，藻群;样本取自鱼虫市场。实验光照条件由大功率LED 光源提供。
　　LED(5W 红、蓝、白、绿、黄、紫、红蓝);烧杯、培养皿、温度计;自制水草缸、鱼缸;微电脑时间控制器等;主要仪器有PMS-50 光谱分析系统、LED626 分布光度计、TES-1332A 照度计、电子天平、NJ2-1 正置式金相显微镜等。
　　2、实验方法
　　(1)单色LED 光照对水生植物生长的影响
　　试验设置红、白、绿、黄、蓝、红蓝和紫光7种光照条件，各光源的光谱特性见下表1。

　　将长势相近，形态相似的水生植物的幼苗分为7 组，每组4 种(金钱草、水葫芦、青丝红叶、香菇草)，每种10 株，分装在21 个烧杯中(烧杯中放入等量的相同品质的蒸馏水);将7 个试验组分别用本研究设计的R、B、Y、G、W、R+B、UV 7 种光照条件进行光照处理，无自然光照，各光源之间互不影响，光源悬挂高度为10cm，用微电脑定时装置设置光照时段，时间为每天6：00～8：00、10：00～12：00、14：00～16：00、18：00～20：00。
　　观测指标：测定香菇草的叶片面积、株高、新增叶片数和侧根数;测定金钱草新增侧根数和植株的高度，统计分析株高绝对增长量与相对增长量;测定青丝红叶株高、节数和侧根数;测定水葫芦茎粗、叶片面积和新增叶片数。
　　(2)LED 组合光源与荧光灯下水生植物生长的比较
　　将水生植物虎耳和红蝴蝶分为2 个试验组，每组各10 枝扦插于两个水草缸内;分别用“R+B”光源和植物荧光灯进行光照处理，处理方式同(1)(无R+B模式);每周记录每枝株高、叶片数、侧芽数和侧根数。
　　(3)单色LED 光照对鱼生长的影响
　　试验设置6 个试验组，每个鱼缸为一组，每组放入虎皮、红箭、黑玛利各10 条，清道夫鱼1 条。
　　每组水质相同，增氧泵全天增氧，定期换水、药物消毒。每天喂食1 次，每次0. 05 克。6 个试验组的光照处理方法同(1)(无R+B模式)。
　　试验开始后1min、5 min、10 min、20 min、1h、2h、4h 观察鱼的光适应状况;于试验的开始、20天、40 天用自制方式测量每组鱼的鱼长度和鱼的重量，分类统计，记录鱼长度的增长的平均值和鱼体重增长的绝对和相对增加值;随时观察记录水质变化、鱼的体色变化、生长状况、生存能力，在每次观察时，将死鱼按其相同的种类和相当的重量及时地给予补充。
　　(4)单色LED 光照对绿色杜氏藻生长速率的影响
　　锥形瓶经煮沸消毒。用250mL 锥形瓶取藻液若干，再加入BBM 培养液，藻液与培养液的体积比为1：3，然后在设定的试验条件下进行培养，每天摇瓶数次。
　　试验设置5 个试验组，分别置于本研究设计的R、B、Y、G、W 光源下进行培养，每组设置3 个重复，光照周期为12L：12D，培养3d 后取出，测定其生长速率。
　　(5)紫外线对藻类栖息的影响
　　取一定量的藻类群，放置在培养皿中，加入BBM 培养液，1d 后，用显微镜察藻类群的种类;摇匀上培养液，分别吸取3ml 藻细胞悬液置于7 个小培养皿内，再将培养皿置于距功率为15W 的紫外灯源下20 cm 处，分别照射0s、3 min、5 min、7 min、10 min、13 min、15 min、17 min、20 min，目视和显微镜观察藻群变化。
　　结果与分析
　　1、单色LED 光照对水生植物生长的影响
　　单色大功率LED 光照对水生植物金钱草、香菇草，青丝红叶和水葫芦株高、叶面积、叶数、节数以及侧根生长的影响结果见表2。

　　实验可知：不同光照下生长的四种水生植物幼苗生长有明显差异，但对光照反应的趋势基本一致。经红、白光照射，金钱草和青丝红叶的株高相对增长量大，而经紫、黄光照射，金钱草的株高相对增长量小，水葫芦的茎粗和香菇草的叶面积也表现同样的结果;蓝光处理香菇草长出新叶最多，而紫光最少;蓝、红光处理金钱草、青丝红叶和香菇草侧根长出较多，而紫光较少。
　　一般来说，叶片是植物进行光合作用最主要的器官，叶面积的大小决定了植物光合作用速率的大小。红光可加速光合作用的速率，并增强叶绿素等细胞内含物合成代谢，加快细胞分裂，这一光合作用调节机制与红光作用下水草的生长速度有一定关系。
　　另外，叶绿素对蓝光和红光的吸收作用比其他光波强，叶绿素a对640～660nm波长的红光的吸收是430～450nm蓝光的1.5倍，叶绿素b对蓝光的吸收为红光的3倍，两种叶绿素的比值构成了对光能的不同利用，两种叶绿素对红光和蓝光的吸收起着互补的作用。绿色系水草以红、蓝光为宜，而红色系水草以“近紫外线”的蓝、绿光谱为主。
　　2、LED 组合光源与荧光灯下水生植物生长的比较
　　实验结果显示，在株高、叶片数方面，两种光源都有助于两种水草的生长，但效果没有显着差异。然而在侧芽数(图1 (1)、图2 (1))和发根数(图1 (2)、图2 (2))上，LED 比荧光灯效果显著，尤其在红色的红蝴蝶上特别明显(图2)，推测应是目前使用的波长组合对于分生组织的刺激有较显著的效果，值得后续进一步探讨。
　　

　　3、单色LED 光照对鱼生长的影响
　　(1)鱼对光的适应性
　　实验中发现，鱼的趋光行为在初次受光时最为明显，然后逐渐减弱。首次照射时，鱼在缸中的分布发生了明显的变化，紫光和蓝光下鱼都集中在靠近光源的水域，红光和黄光下，鱼都远离光源的水域。绿光和白光下分布状态没有发生明显的变化，仍分布得比较均匀。4h 后再次进行观察发现，各种光下鱼的趋光性不十分明显，分布接近自然光下形成的均匀分布的状态。
　　实验中还发现，黄光下鱼很不活跃，经常贴壁或水草边上不动，红光下鱼格外活跃，游来游去，相互追逐。蓝、紫光下鱼不是很活跃。绿光和白光下鱼的动态基本没有发生什么变化。
　　(2)对鱼生长的影响
　　不同光下，鱼的生长速度不同，见表3。

　　根据实验测得的结果，按不同光照下鱼的体重、体长生长速率的快慢排列，体重依次为红光、白光、蓝光、绿光、黄光和紫光。体长依次为红光、蓝光、白光、绿光、黄光和紫光。
　　不同光下，鱼的死亡结果见图3。

　　实验可知：在紫光下鱼的死亡率最高，黄绿光其次，而红光、蓝光和白光稍低。实验还发现，死鱼多发生在实验的初期和每次换水后。红箭鱼共死亡16 条，虎皮鱼死9 条，黑玛利死11 条，这与不同鱼种对生长环境的适应能力和其本身的生命力有关。
　　从总体看，对于光谱波长较短的光照环境，观赏鱼不是很适应，随着光谱波长的增加，鱼的生长速度也逐渐提高。白光接近自然光，红光在自然光的成分中占的比重较大，而生物体是长期在自然环境下生活、进化，使生物体最适合在全光谱的条件下生活。
　　4、单色LED 光照对绿色杜氏藻生长速率的影响
　　R、B、Y、G、W光源下绿藻生长速率结果见图4。

　　实验可知：白光和红光下绿藻的生长速率较大，在黄光、绿光和蓝光下的生长速率较缓慢，有的出现负生长。这与不同种类的藻对光的吸收不同有关。
　　5、紫外线对藻类栖息的影响
　　目视，开始前藻类均匀的分布在溶液中;20min后，外观上细胞沉底，结块，颜色由墨绿色变成灰绿色。显微镜下观察，在0～13min，细胞蠕动较快，15～20min 细胞蠕动变慢，乃至死亡。
　　结论
　　通过实验所得结论为水族照明灯具的设计提供了强有力的依据，可根据所得数据确定LED 水族照明灯具的主光谱区，使其发射光谱与水生动植物的选择性吸收相匹配，针对性强、光效高、显色性好，能模拟自然光照条件，从而优化照明系统，使得观赏视觉效果更佳，水生物的生长加速，弥补目前水族箱的不足。
　　可以相信，通过深层次地不同光谱组合、不同光量子密度水平、不同频率对观赏鱼和观赏性水草生长的影响的实验研究，将为今后水生动植物补光灯的研制提供参考数据和技术支持。

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