沿海沿河有商机！LED可加速水生动植物生长

【中国建材家居网】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。

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。

信息整理:中国建材家居网十大LED灯饰品牌专题小编