大功率LED 对水生动植物生长的影响[1]

　　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。因此，开展了单色LED 对水生动植物影响的实验研究，得到了LED 在水族照明中的应用原理及关键技术参数。

　　1 实验部分

　　1. 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; 样本取自河北大学和鱼虫市场。实验光照条件由本课题研制的大功率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。

　　1. 2 实验方法

　　1. 2. 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。

　　1. 2. 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) ; 每周记录每枝株高、叶片数、侧芽数和侧根数。

　　1. 2. 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。

　　1. 2. 4 单色LED 光照对绿色杜氏藻生长速率的影响

　　试验用绿色杜氏藻由河北大学生命科学院提供。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。

　　1. 2. 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。

　　2 结果与分析

　　2. 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。