单色LED光源对大型海藻生理生化特性的影响研究

摘要

大型海藻作为沿海生态系统的重要组成部分，为人类可持续发展提供了多种多样的生态系统服务和功能。然而，人类活动与全球气候变化给近岸生态系统造成持续压力，此外，海水养殖的集约化、高强度和高输出模式，在养殖海域中产生大量的营养物质和污染物，增加海水的浊度，直接限制了海藻的光合作用和生物合成能力。因此，迫切的需要通过提高光照供给来促进大型海藻生长，此外发光二极管(LED)作为新一代的人造冷光源在藻类培养上具有潜在优势。本研究主要通过三个部分分别探讨了LED和传统荧光灯光源对大型海藻（铜藻、石莼和羊栖菜）生理生化特性的影响，以及对在羊栖菜养殖区域应用LED光源进行成本/效益分析，为大型海藻的室内培育或海域养殖在选择适宜的光照光源上提供理论基础，主要研究结果如下:
　　1.各LED光源下，铜藻生物量累积峰值均出现在24L∶0D的光照周期中;在非连续光照下，蓝光LED光源促进铜藻生长的效果最佳。本研究还测量并分析了铜藻的表面吸收光谱和4种LED光源的发射光谱，发现铜藻在蓝光与红光区各有一个吸收峰，且蓝光区的波峰与红光区的波峰差异显著，蓝光区的波谱宽且平缓而红光区的则窄且陡峭。
　　2.石莼的生长、光合色素和可溶性蛋白含量显著受光源光质影响。白光、蓝光LED光源下的石莼SGR显著高于红光、绿光LED和传统荧光灯下的SGR。石莼的SGR在白光LED光源下达到最大值，为5.25％d-1，而在传统荧光灯下的SGR则最小，为3.6％d-1;石莼在白光LED和传统荧光灯下的Chl a含量显著低于红光、蓝光LED下的含量，石莼在绿光LED光源下的Chl a含量仅与红光LED显著;石莼在红光、绿光和蓝光LED光源下的类胡萝卜素含量与白光LED和传统荧光灯下的Car含量存在显著性差异，其中，红光、绿光和蓝光LED这3种光源之间不存在显著性差异，白光LED与传统荧光灯则存在显著性差异，且石莼的Car含量在传统荧光灯下的含量最低。
　　3.羊栖菜的生长、光合色素和可溶性蛋白含量也显著受光源光质影响;绿光、蓝光LED和传统荧光灯光源下的羊栖菜SGR与白光、红光LED光源下的SGR存在显著性差异，羊栖菜SGR在白光LED光源下达到最大值，为3.24％d-1，而在红光LED光源下的SGR则最小，为1.37％d-1。羊栖菜在传统荧光灯下的Chl a含量最低，为0.41mg g-1FW，且与白光、红光、绿光和蓝光LED光源下的Chla含量存在显著性差异;羊栖菜在红光、绿光和蓝光LED光源下的类胡萝卜素含量与白光LED和传统荧光灯之间互相存在显著性差异，羊栖菜的Car含量在传统荧光灯下的含量最低，仅为0.16mg g-1FW;此外，羊栖菜藻体中的可溶性蛋白含量同样在传统荧光灯下出现最低值，为4.1mg g-1FW，且与白光、蓝光LED和红光、绿光LED之间存在显著性差异。
　　4.计算得出在100m2的羊栖菜养殖区域应用LED光源的成本为1001CNY，总收益则为6294CNY。在整个过程中的净收益达5293CNY，是原收益的3倍。
　　综上所述，不同种属的大型海藻对光源光谱的敏感性不同。LED光源对铜藻（褐藻）、石莼（绿藻）和羊栖菜（褐藻）的生理生化特性的影响存在差异，但也存在一定的共性。此外，本研究也表明在实际应用过程中，LED光源可替代荧光灯大范围的应用于大型海藻培育或养殖中。

目录

声明

致谢

摘要

1 文献综述

1．1 大型海藻养殖的意义

1．2 光照在大型海藻养殖过程中的重要性

1．3 LED光源对大型海藻生长发育的影响

1．4 LED光源在大型海藻养殖中的应用前景

1．5 研究对象、目的和意义

1．5．1 研究对象

1．5．2 研究目的和意义

1．5．3 技术路线

2 实验方法

2．1．2 实验设备及仪器

2．2 实验材料

2．3 各参数测定方法

2．3．1 比生长速率(SGR)的测定

2．3．2 叶绿素a(Chl a)和类胡萝卜素(Car)的测定

2．3．3 可溶性蛋白(SP)的测定

2．3．4 藻体表面吸收光谱的测定

2．4 数据统计与分析方法

2．5 实验光照光源

3 不同光照周期下LED光源对铜藻生长的影响

3．1 材料和方法

3．1．1 藻种

3．1．2 实验海水

3．1．3 实验光源

3．1．4 实验设计

3．1．5 数据测量

3．1．6 数据处理

3．2 实验结果

3．2．1 不同光源、光照周期下铜藻的生长情况比较

3．2．2 铜藻表面吸收光谱与实验光源光谱比较

3．3 讨论

3．3．1 光照时间对铜藻生长的影响

3．3．2 光质对铜藻生长的影响

3．3．3 光源光谱与铜藻吸收光谱对其生长效率间的影响

3．4 小结

4 单色LED光源对石莼生理生化特性的影响研究

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验光照光源

4．1．3 实验设计

4．1．4 有关石莼生理指标的测定

4．1．5 数据处理与分析

4．2 结果分析

4．2．1 光照光源的光谱分布情况

4．2．2 石莼的生长情况

4．2．3 石莼生化指标及其比值变化

4．3 讨论

4．3．1 石莼的生长

4．3．2 石莼的生化指标

4．4 小结

5 单色LED光源对羊栖菜生理生化特性的影响研究及应用LED光源在羊栖菜养殖过程中的成本／效益分析

5．1 材料与方法

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验光照光源

5．1．3 实验设计

5．1．4 有关羊栖菜生理指标的测定

5．1．5 羊栖菜的简易生长模型

5．1．6 应用LED光源的养殖成本／收益分析

5．1．7 数据处理与分析

5．2 结果分析

5．2．1 光照光源的光谱分布情况

5．2．2 羊栖菜的生长情况

5．2．3 羊栖菜生化指标及其比值变化

5．2．4 羊栖菜的简易生长模型

5．2．5 应用LED光源在羊栖菜养殖区域的成本／收益分析

5．3 讨论

5．3．1 羊栖菜的生长

5．3．2 羊栖菜的生化指标

5．3．3 海藻养殖中LED光源的应用

5．4 小结

6 全文总结

7 创新与展望

7．1 主要创新点

7．2 研究存在问题

7．3 研究展望

参考文献

作者简介

攻读硕士期间己发表和撰写的文章、专利情况