全 文 ：第 １３卷第 １期
２０１５年 １月
生　 物　 加　 工　 过　 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ􀆰 １３ Ｎｏ􀆰 １
Ｊａｎ􀆰 ２０１５
ｄｏｉ：１０􀆰 ３９６９ ／ ｊ􀆰 ｉｓｓｎ􀆰 １６７２－３６７８􀆰 ２０１５􀆰 ０１􀆰 ０１６
收稿日期：２０１３－０８－０７
基金项目：江苏省自然科学基金（ＢＫ２０１２２１８）；昆山市可持续发展实验区建设科技专项（ＫＳ１２０４）
作者简介：陈晓娣（１９８８—），女，河南郑州人，硕士研究生，研究方向：微藻生物技术；韩萍芳（联系人），教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｈｐｆ＠ ｎｊｔｅｃｈ．ｅｄｕ．ｃｎ
白色 ＬＥＤ复合光谱对 ４种淡水微藻的影响
陈晓娣１，２，吴　 洁１，２，邓　 芸２，３，朱　 凯２，３，韩萍芳１，顾　 军２，３
（１􀆰 南京工业大学 生物与制药工程学院，江苏 南京 ２１１８００；
２􀆰 南京大学 昆山创新研究院，江苏 昆山 ２１５３４７； ３􀆰 南京大学 物理学院，江苏 南京 ２１００９３）
摘　 要：利用光效高、耗能小的 ＬＥＤ光谱作为光源培养微藻能够降低微藻培养的成本，促进微藻培养实现工业化。
比较了 ６种已市场化的，具有不同光强、不同光谱组成的白色 ＬＥＤ 复合光谱（１ 号，光强 ２ １６２ ｌｘ；２ 号，光强 ２ ２２７
ｌｘ；３号，光强 ２ ７９４ ｌｘ；４号，光强 ４ ５８７ ｌｘ；５号，光强 ５ ３５６ ｌｘ；６号，光强 ６ ２４４ ｌｘ）对 ４种淡水微藻生长情况和叶绿素
含量的影响。 结果发现：四尾栅藻在 ５号光源下，有最大生物质质量浓度和比生长速率，分别为 ２􀆰 ８９ ｇ ／ Ｌ 和 ０􀆰 ３２
ｇ ／ （Ｌ·ｄ）（以细胞干质量计）；钝顶螺旋藻在 ４号光源下，有最大生物质质量浓度和比生长速率，分别为 ５􀆰 ０５ ｇ ／ Ｌ和
０􀆰 ３３ ｇ ／ （Ｌ·ｄ）；布朗葡萄藻在 ６ 号光源下，有最大生物质质量浓度和比生长速率，分别为 １􀆰 ２２ ｇ ／ Ｌ 和 ０􀆰 ２５
ｇ ／ （Ｌ·ｄ）；而集胞藻在光强较小的光源下生长较好，当光强为 ２ １６２ ｌｘ 时，生物质质量浓度和比生长速率分别为
３􀆰 ０５ ｇ ／ Ｌ和 ０􀆰 ２２ ｇ ／ （Ｌ·ｄ）。 在光强较低的情况下，光质的红蓝比对四尾栅藻和布朗葡萄藻的生长没有显著影响
（ｐ＜０􀆰 ０５）；与蓝光相比，红光更利于集胞藻和钝顶螺旋藻的生长，分别在红蓝比（Ｒ ／ Ｂ）为 １１􀆰 ７ 的 １ 号光源和 ４ 号
光源下有最大藻细胞密度 ３􀆰 ０５和 ５􀆰 ０５ ｇ ／ Ｌ。 四尾栅藻、钝顶螺旋藻和布朗葡萄藻的单位水体内叶绿素含量与比
生长速率成正比，而单位质量干藻细胞内的叶绿素含量随光强的增大而有所降低。
关键词：白色 ＬＥＤ复合光谱；微藻；生物质质量浓度；比生长速率；叶绿素含量
中图分类号：Ｑ９４５　 　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１６７２－３６７８（２０１５）０１－００９４－０７
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＬＥＤｓ ｏｎ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｒ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒ ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ
ＣＨＥＮ Ｘｉａｏｄｉ１，２，ＷＵ Ｊｉｅ１，２，ＤＥＮＧ Ｙｕｎ２，３，ＺＨＵ Ｋａｉ２，３，ＨＡＮ Ｐｉｎｇｆａｎｇ１，ＧＵ Ｊｕｎ２，３
（１􀆰 Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１８００，Ｃｈｉｎａ；
２􀆰 Ｋｕｎｓｈａｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｓｈａｎ ２１５３４７，Ｃｈｉｎａ；
３􀆰 Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ＬＥＤ ｔｈａｔ ｈａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｌｏｓｅ ａｓ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｃａｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ
ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ． Ｗｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ
ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｆｏｕｒ ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ ｕｎｄｅｒ ｓｉｘ ｍａｒｋｅｔ⁃ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｗｈｉｔｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ｔｈａｔ ｈａｖｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ
ａｎｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ． Ｔｈｅ ｓｉｘ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ａｒｅ Ｎｏ􀆰 １ ｗｉｔｈ ２ １６２ ｌｘ， Ｎｏ􀆰 ２ ｗｉｔｈ ２ ２２７ ｌｘ， Ｎｏ􀆰 ３ ｗｉｔｈ ２ ７９４ ｌｘ，
Ｎｏ􀆰 ４ ｗｉｔｈ ４ ５８７ ｌｘ， Ｎｏ􀆰 ５ ｗｉｔｈ ５ ３５６ ｌｘ， ａｎｄ Ｎｏ􀆰 ６ ｗｉｔｈ ６ ２４４ ｌｘ． Ｕｎｄｅｒ Ｎｏ􀆰 ５ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ，
Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ ｑｕａｄｒｉｃａｎｄａ ｈａｓ ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｓｔ ｂｉｏｍａｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ２􀆰 ８９ ｇ ／ Ｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｇｒｏｗｔｈ
ａｂｏｕｔ ０􀆰 ３２ ｇ ／ （ Ｌ·ｄ） （ ｄｒｙ ｃｅｌｌ ｗｅｉｇｈｔｓ）； Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ ｐｌａｔｅｎｓｉｓ ｈａｓ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｙｐｅ ｏｆ ｖａｌｕｅｓ ｓｈｏｗｅｄ
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｂｏｕｔ ５􀆰 ０５ ｇ ／ Ｌ ａｎｄ ０􀆰 ３３ ｇ ／ （Ｌ·ｄ） ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｎｏ􀆰 ４ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｎｏ􀆰 ６ ｓｏｕｒｃｅ
ｏｆ ｌｉｇｈｔ， Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ ｂｒａｕｎｉｉ ｈａｓ ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｓｔ ｂｉｏｍａｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ １􀆰 ２２ ｇ ／ Ｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ
０􀆰 ２５ ｇ ／ （Ｌ·ｄ）， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ ｓｐ． ＰＣＣ ６８０３ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｕｎｄｅｒ ｌｅｓｓ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏ􀆰 １
ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ， ｔｈｅ ｂｉｏｍａｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｓ ３􀆰 ０５ ｇ ／ Ｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｇｒｏｗｔｈ ｉｓ ０􀆰 ２２ ｇ ／ （Ｌ·ｄ）． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ
ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗｅｒ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ， ｔｈｅ Ｒｅｄ ／ Ｂｌｕｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｈａｓ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ
Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ ｑｕａｄｒｉｃａｎｄａ ａｎｄ Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ ｂｒａｕｎｉｉ． （Ｐ＜ ０􀆰 ０５）． Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｏ ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ， ｒｅｄ ｌｉｇｈｔ ｉｓ
ｂｅｔｔｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ ｓｐ． ＰＣＣ ６８０３ ａｎｄ Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ ｑｕａｄｒｉｃａｎｄａ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｎｏ􀆰 １ ａｎｄ
Ｎｏ􀆰 ４ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｗｈｉｃｈ Ｒｅｄ ／ Ｂｌｕｅ ｉｓ １１􀆰 ７， ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｓｔ ｃｅｌｌ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｓ ３􀆰 ０５ ｇ ／ Ｌ ａｎｄ ５􀆰 ０５ｇ ／ Ｌ． Ｔｈｅ ｒａｔｉｏ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｐｅｒ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｇｒｏｗｔｈ ｉｓ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｉｎ Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ ｑｕａｄｒｉｃａｎｄａ， Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ
ｐｌａｔｅｎｓｉｓ ａｎｄ Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ ｂｒａｕｎｉｉ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｉｎ ｄｒｙ ｗｅｉｇｈｔ ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ａｌｇａｅ ｈａｖｅ ｔｈｅ
ｎｅｇａｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｌｉｇｈｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ；ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ；ｂｉｏｍａｓｓ；ｇｒｏｗｔｈ ｒａｔｅｓ；ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ
　 　 微藻生物能源是一种具有发展潜力的、可再生
的生物质能源，但是微藻培养成本高，这是限制其
大规模培养的主要因素之一［１－３］。 微藻是一种光能
自养型生物，光照是其生长的主要能量来源之
一［４］。 光的性质，如光波长和光密度对微藻的生长
速率和光合色素的合成有很大的影响［５］。
与普通的荧光灯相比，ＬＥＤ 具有光波段窄、光
效率高、寿命长和能耗小等特点，作为一种新型节
能光源，研究其对微藻生长和生理特性的影响受到
越来越多的关注［６－１５］。 苗洪利等［６］以纤细角毛藻
和亚心形扁藻为研究对象，发现 ＬＥＤ集成光源作为
微藻生长的照明光源比荧光灯更有优势。 Ｆｕ 等［７］
发现在其他因素最优时，６６０ ｎｍ 的 ＬＥＤ 灯比 ６８０
ｎｍ 的 ＬＥＤ 灯更有利于促进小球藻 （ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ
ｖｕｌｇａｒｉｓ）生长。 毛安君等［８］发现海生小球藻和等鞭
金藻在饱和光强以下，生长速率随着光强的增大而
增大，并且不同颜色的 ＬＥＤ光对同一种藻的饱和光
强不同。 徐明芳等［９］发现 ＬＥＤ 集成光电板辐射红
光及红、蓝组合双波长光比白色日光灯组更适合钝
顶螺旋藻的生长，包括细胞干质量、叶绿素、藻胆蛋
白的增加。 然而，他们的研究基本上偏重于单色
ＬＥＤ光谱或者单纯的双色 ＬＥＤ 光谱对微藻生长的
影响，而微藻作为一个生命体，不同波谱范围的光
对其生理特性都有一定的影响，如：波长为 ２８０～３１５
ｎｍ的光对微藻形态与生理过程的影响极小；３１５ ～
４００ ｎｍ 的光能够影响叶绿素的吸收以及光周期效
应；在４００～ ５２０ ｎｍ（蓝）时，叶绿素与类胡萝卜素吸
收比例最大，对光合作用影响最大；在 ５２０ ～ ６１０ ｎｍ
（绿）时，色素的吸收率不高；在 ６１０ ～ ７２０ ｎｍ（红）
时，叶绿素吸收率低，但是对光合作用与光周期效
应有显著影响；在 ７２０～１ ０００ ｎｍ时，吸收率低，刺激
细胞延长，影响微藻繁殖［１６］。 白色 ＬＥＤ 复合光谱
波长范围广，可能更利于微藻生长，因此研究白色
复合光谱对微藻的影响也非常重要。
本文选择已市场化的 ６ 种白色 ＬＥＤ 复合光谱
为 ４种淡水微藻生长提供光源，研究不同光强、不同
光谱组成对微藻生长和叶绿素含量的影响，为提高
光源利用效率、降低微藻光照成本提供数据支持。
１　 材料和方法
１􀆰 １　 藻种
实验藻种为四尾栅藻（Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ ｑｕａｄｒｉｃａｎｄａ）、
集胞藻 （ Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ ｓｐ􀆰 ＰＣＣ６８０３）、钝顶螺旋藻
（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ ｐｌａｔｅｎｓｉｓ ） 和 布 朗 葡 萄 藻 （ Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ
ｂｒａｕｎｉｉ），均购于中国科学院水生生物研究所藻种库。
１􀆰 ２　 培养基与培养条件
四尾栅藻、集胞藻和布朗葡萄藻均采用 ＢＧ １１
标准培养液［１７］，钝顶螺旋藻采用 Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ 培养
液［１８］。 取 １００ ｍＬ培养液于 ２５０ ｍＬ锥形瓶中，初始
接种密度为 ＯＤ６８０≈０􀆰 １，培养温度为 ２７ ℃，光暗周
期为 １２ ｈ：１２ ｈ。 每个实验组设置 ３个平行试验，每
组培养瓶置于单独的长方体小格中，光源位于瓶正
上方 ４ ｃｍ处，每天定时摇瓶数次（为保证结果的可
靠性，每次取样时在同一个瓶子内的 ３ 个不同地方
取样，得到的实验结果的误差均小于 ０􀆰 ００５）。 所有
的实验结果取平均值。
１􀆰 ３　 光源
实验所用光源为 ６种复合 ＬＥＤ光谱，光谱的性
质使用钢质测光积分球（远方公司，ＳＩＳ ２ ２􀆰 ０
ｍ），以蓝光芯片和 Ｙａｇａ荧光粉为激发光源测定，结
果见表 １。
１􀆰 ４　 测量方法
１􀆰 ４􀆰 １ 生物量的测定
根据文献［１９］的方法，并加以改进：将藻液超
５９　 第 １期 陈晓娣等：白色 ＬＥＤ复合光谱对 ４种淡水微藻的影响
声均质后，用紫外分光光度计测定其在 ６８０ ｎｍ处的
光密度值（ＯＤ６８０），并根据光密度与干质量（ｄｒｙ ｃｅｌｌ
ｗｉｇｈｔ，ＤＣＷ）（以 １ ｇ干细胞质量计）的相关关系，把
光密度换算成藻细胞干质量 Ｘ（ ｇ ／ Ｌ）。 ４ 种藻种的
光密度与藻细胞干质量的关系分别见式（１） ～ （４）。
　 　 四尾栅藻： Ｘ ＝ ０􀆰 ４５５ ４ＯＤ６８０ ＋ ０􀆰 ０８５ １，Ｒ２ ＝
０􀆰 ９９７ ４ （１）
集胞藻： Ｘ ＝ ０􀆰 ９９７ ４ＯＤ６８０ － ０􀆰 ０５３ １，Ｒ２ ＝
０􀆰 ９９７ ５ （２）
钝顶螺旋藻： Ｘ ＝ １􀆰 １５３ １ＯＤ６８０ － ０􀆰 ０３２ ３，Ｒ２ ＝
０􀆰 ９９９ ６ （３）
布朗葡萄藻： Ｘ ＝ ０􀆰 ６９０ ７ＯＤ６８０ － ０􀆰 ０６６ ６，Ｒ２ ＝
０􀆰 ９９４ １ （４）
表 １　 白色 ＬＥＤ复合光谱的主要性质
Ｔａｂｌｅ １　 Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＬＥＤｓ
光源 光照强度 ／ｌｘ
发光效率 ／
（ ｌｍ·Ｗ－１）
主波长 ／
ｎｍ
红蓝
比值
１ ２ １６２ ４７􀆰 ２９ ５８０ １１􀆰 ７
２ ２ ２２７ ２６􀆰 ５５ ５０８ ３􀆰 ４
３ ２ ７９４ ５５􀆰 ８１ ５８１ １１􀆰 ７
４ ４ ５８７ ５７􀆰 ０６ ５８１ １１􀆰 ７
５ ５ ３５６ ７１􀆰 １４ ５３２ ４􀆰 ３
６ ６ ２４４ ６５􀆰 ０９ ５１３ ４􀆰 ２
１􀆰 ４􀆰 ２　 比生长速率 μ的测定
用比生长速率来表示藻类的生长变化，见式（５）。
μ ＝
ｌｎ Ｘ２ － ｌｎ Ｘ１
ｔ２ － ｔ１
（５）
式中：Ｘ１、Ｘ２分别为培养时间为 ｔ１、ｔ２时的藻细胞生
物量。
１􀆰 ４􀆰 ３　 叶绿素含量
采用分光光度法测定叶绿素含量［２０］，取定量的
藻液离心浓缩后，加入体积分数为 ９０％的丙酮，在
组织研磨器中充分研磨，在 ３ ４００ ｒ ／ ｍｉｎ 下离心 １０
ｍｉｎ，将上清液倒入 １０ ｍＬ容量瓶中。 重复 １～２ 次，
使沉淀为白色为止。 再用 ９０％的丙酮定容。 测定
上清液在 ６６３和 ６４５ ｎｍ处的吸光度 Ａ，用 ９０％的丙
酮做空白。 根据 Ａｒｎｏｎ［２１］计算公式：
ρａ ＝ （１２􀆰 ７Ａ６４５ － ２􀆰 ６９Ａ６６３）Ｎ （６）
ρｂ ＝ （２２􀆰 ９Ａ６６３ － ４􀆰 ６４Ａ６４５）Ｎ （７）
ρＴ ＝ ρａ＋ｂ ＝ （２０􀆰 ２Ａ６４５ ＋ ８􀆰 ０２Ａ６６３）Ｎ （８）
式中：ρａ、ρｂ和 ρＴ分别为叶绿素 ａ、叶绿素 ｂ和总叶绿
素的质量浓度，ｍｇ ／ Ｌ；Ａ６６３和 Ａ６４５为上清液在 ６６３ 和
６４５ ｎｍ处的吸光度；Ｎ为稀释倍数。
１􀆰 ５　 数据分析
试验获得的原始数据经 Ｅｘｃｅｌ ２００７ 处理后，使
用 Ｏｒｉｇｉｎ ８􀆰 １（美国 Ｏｒｉｇｉｎ Ｐｒｏ公司）作图；方差分析
使用 ＳＰＳＳ １３􀆰 ０（美国 ＳＰＳＳ 公司），用 Ｄｕｎｃａｎ 新复
极差法进行多重比较。
２　 结果与讨论
２􀆰 １　 白色 ＬＥＤ复合光谱对 ４种微藻生物量的影响
　 　 实验开始时，微藻在每个 ＬＥＤ 光谱下的生长状
态相同，由于布朗葡萄藻的生长较慢，当其达到稳定
期时，其余的 ３种微藻已趋于衰亡期，此时停止培养，
培养周期为 ２１ ｄ。 当温度、ｐＨ和底物浓度不是限制
因素时，６种白色 ＬＥＤ复合光谱对 ４种微藻的生物量
和比生长速率的影响，结果如图 １和图 ２所示。
由图 １可知：在微藻生长的延滞期内，６ 种光源
对微藻生长的影响差别不明显，但是从对数生长期
开始，不同光源对 ４ 种淡水微藻生物量的影响区别
较显著。 四尾栅藻、集胞藻和钝顶螺旋藻在不同的
光源下都能够生长，但是不同光源下的生长曲线不
同；而布朗葡萄藻只能利用光强较大的 ４、５ 和 ６ 号
光源进行光合作用，在其他的光源作用下的生物量
变化不明显。
因为不同微藻生长周期不同，故取 ４ 种微藻对
数生长期的比生长速率来比较不同光源对 ４种微藻
生长的影响（图 ２）。
由图 ２ 可知：四尾栅藻在 １、２ 和 ３ 号光源下对
数生长期的比生长速率没有显著差异性 （ ｐ ＞
０􀆰 ０５），分别为 ０􀆰 １２、０􀆰 １２ 和 ０􀆰 １４ ｇ ／ （ Ｌ·ｄ），说明
在光强较低的情况下，光强是四尾栅藻生长的最
大限制因素，光谱的红蓝比对四尾栅藻的比生长
速率影响不大。 随着光强的增大，四尾栅藻在 ５
号 光 源 下 的 比 生 长 速 率 达 到 最 大 （ ０􀆰 ３２
ｇ ／ （Ｌ·ｄ）），且与前 ４ 个光源下的生长速率相比，差
异极显著（ｐ＜０􀆰 ０５），随着光强的继续增大，６ 号光
源下 的 生 长 速 率 却 比 ５ 号 光 源 降 低 ０􀆰 ０５
ｇ ／ （Ｌ·ｄ）；说明四尾栅藻的饱和光强在 ５ ３５６ ｌｘ 左
右，超过饱和光强后，生长速率反而降低。
集胞藻对光源的适应性较强，在这 ６ 种光源下
都能生长。 集胞藻在 １ 号光源下的生长情况最好，
生物质质量浓度和比生长速率分别为 ３􀆰 ０５ ｇ ／ Ｌ 和
０􀆰 ２１ ｇ ／ （Ｌ·ｄ）；而 ２号光源下生长最差，生物质质量
６９ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １３卷　
图 １　 ６种白色 ＬＥＤ复合光谱下的微藻的生长曲线
Ｆｉｇ􀆰 １　 Ｇｒｏｗｔｈ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＬＥＤ
注：柱形图上不同字母表示差异显著（ｐ＜０􀆰 ０５）
图 ２　 ４种微藻在不同光源下对数生长期的比生长速率
Ｆｉｇ􀆰 ２　 Ｇｒｏｗｔｈ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＬＥＤ
浓度和比生长速率分别为为 ２􀆰 ３０ ｇ ／ Ｌ 和 ０􀆰 １３
ｇ ／ （Ｌ·ｄ），说明光质是集胞藻生长的最大限制因素，
红光能够促进集胞藻生长。 随着光强的增大，集胞
藻的比生长速率有所下降，说明集胞藻适合在光强
较小的光源下生长。
钝顶螺旋藻在不同光源下的比生长速率差异
极显著（ｐ＜０􀆰 ０５）。 其在 １ 号光源下的生物质质量
浓度和比生长速率分别为 ２􀆰 ２３ ｇ ／ Ｌ 和 ０􀆰 １４
ｇ ／ （Ｌ·ｄ），都高于 ２ 号光源下的结果（１􀆰 ６５ ｇ ／ Ｌ 和
０􀆰 １０ ｇ ／ （Ｌ·ｄ））。 这与徐明芳等［９］得到的实验结果
一致，说明钝顶螺旋藻在红光下生长较好。 随着光
强的增大，钝顶螺旋藻在 ４ 号光源下达到最大生物
质质量浓度和比生长速率 （ ５􀆰 ０５ ｇ ／ Ｌ 和 ０􀆰 ３３
ｇ ／ （Ｌ·ｄ）），随着光强继续的增大，生物质质量浓度
和比生长速率却有所下降，这可能有两方面的原
因：已经达到钝顶螺旋藻的最大饱和光强，随着光
强增大，生物质质量浓度和比生长速率下降［２２］；光
质对钝顶螺旋藻的影响大于光强的影响［２３］。
布朗葡萄藻的生长情况与光强的大小有一定的
相关性。 在光强较小的前 ３个光源下生长变化不明
显，培养 ２１ ｄ后其生物质质量浓度仍然很低，分别为
０􀆰 １３、０􀆰 １３和 ０􀆰 １７ ｇ ／ Ｌ（图 １），随着光强的增大，其生
物质质量浓度和比生长速率都增大，６号光源的生物
质质量浓度和比生长速率比 ４号和 ５号光源分别大
０􀆰 ５６ ｇ ／ Ｌ、０􀆰 ０９ ｇ ／ （Ｌ·ｄ）和 ０􀆰 ３７ ｇ ／ Ｌ、０􀆰 ０３ ｇ ／ （Ｌ·ｄ）。
本文选择的 ６种光源均未达到其饱和光强。
２􀆰 ２　 白色 ＬＥＤ复合光谱对 ４种微藻叶绿素含量的
影响
　 　 光是植物生长的主要环境因素之一，不仅为植
物光合作用提供所需的能量，而且触发植物形态变
化、质体分化、新陈代谢等重要反应［２４－２５］。 植物色
素能够吸收光能产生一系列的生化反应，但是不同
植物色素吸收的波长不同［２６］。 ６ 种白色 ＬＥＤ 复合
光谱对 ４种微藻叶绿素（Ｃｈｌ）ａ、叶绿素 ｂ 和总量的
影响见表 ２。
７９　 第 １期 陈晓娣等：白色 ＬＥＤ复合光谱对 ４种淡水微藻的影响
表 ２　 不同白色 ＬＥＤ复合光源对微藻单位水体内叶绿素含量的影响
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＬＥＤ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ
ｍｇ ／ Ｌ
光源
四尾栅藻
Ｃｈｌ⁃ａ Ｃｈｌ⁃ｂ 总量
光源
集胞藻
Ｃｈｌ⁃ａ Ｃｈｌ⁃ｂ 总量
１ ２􀆰 ６３±０􀆰 ３３ａ １􀆰 ５１±０􀆰 １４ａ ４􀆰 １３±０􀆰 １９ａ １ ０􀆰 ６０±０􀆰 １４ｂ ０􀆰 ９２±０􀆰 ２０ｂ １􀆰 ５２±０􀆰 ３４ｂ
２ ４􀆰 １４±０􀆰 ２０ｂ ２􀆰 ３３±０􀆰 ３０ａｂ ６􀆰 ４５±０􀆰 ３４ｂ ２ ０􀆰 ３４±０􀆰 ０９ａ ０􀆰 ３６±０􀆰 １９ａ ０􀆰 ７１±０􀆰 ２８ａ
３ ４􀆰 ３３±０􀆰 １９ｂ ２􀆰 ９８±１􀆰 ３２ｂ ６􀆰 ６６±２􀆰 １０ｂ ３ ０􀆰 ５６±０􀆰 ０８ｂ ０􀆰 ８４±０􀆰 １７ｂ １􀆰 ４０±０􀆰 １１ｂ
４ ４􀆰 ７１±０􀆰 ２１ｂ ３􀆰 ２７±０􀆰 ８７ｂ ７􀆰 ９５±０􀆰 ９２ｂ ４ ０􀆰 ６８±０􀆰 １３ｂ １􀆰 ０７±０􀆰 ２８ｂ １􀆰 ７４±０􀆰 ４１ｂ
５ ６􀆰 ７２±０􀆰 ４２ｃ ３􀆰 ５７±０􀆰 ５１ｃ １０􀆰 ２７±０􀆰 ４３ｃ ５ ０􀆰 ６９±０􀆰 ０６ｂ １􀆰 ０６±０􀆰 ０􀆰 １６ｂ １􀆰 ５２±０􀆰 ５６ｂ
６ ４􀆰 ５８±０􀆰 ６５ｂ ２􀆰 ６８±０􀆰 ３６ａｂ ７􀆰 ２４±０􀆰 ４２ｂ ６ ０􀆰 ５３±０􀆰 ０２ｂ ０􀆰 ７８±０􀆰 ０３ｂ １􀆰 ３１±０􀆰 ０４ａｂ
光源
钝顶螺旋藻
Ｃｈｌ⁃ａ Ｃｈｌ⁃ｂ 总量
光源
布朗葡萄藻
Ｃｈｌ⁃ａ Ｃｈｌ⁃ｂ 总量
１ ４􀆰 ２７±０􀆰 ８２ａ ４􀆰 ２１±１􀆰 ２３ａｂ ８􀆰 ４９±２􀆰 ０３ａ １ ０􀆰 ９６±０􀆰 ２２ａ １􀆰 ４６±０􀆰 ３０ａ ２􀆰 ４２±０􀆰 ５１ａ
２ ４􀆰 ２４±１􀆰 ０５ａ ３􀆰 ９５±１􀆰 ０３ａ ８􀆰 １７±２􀆰 ０１ａ ２ １􀆰 ３８±０􀆰 ３６ａ ２􀆰 ０８±０􀆰 ６１ａ ３􀆰 ４６±０􀆰 ９７ａ
３ ５􀆰 ９３±１􀆰 ２１ｂｃ ７􀆰 ６５±１􀆰 ３２ｃ １３􀆰 ５４±２􀆰 ５２ｂｃ ３ １􀆰 ３５±０􀆰 ３０ａ １􀆰 ９８±０􀆰 ４８ａ ３􀆰 ３２±０􀆰 ７８ａ
４ ８􀆰 ８９±０􀆰 ６７ｄ ６􀆰 ９６±０􀆰 ２３ｂｃ １５􀆰 ８１±０􀆰 ７８ｃ ４ ２􀆰 ９４±０􀆰 ３７ｂ ３􀆰 ８１±０􀆰 ６２ｂ ６􀆰 ７４±０􀆰 ８４ｂ
５ ７􀆰 ２４±０􀆰 ７５ｃ ４􀆰 ４９±０􀆰 ３７ａｂ １１􀆰 ７０±１􀆰 １１ｂ ５ ３􀆰 ３９±０􀆰 ４２ｂ ３􀆰 ８２±０􀆰 ４８ｂ ７􀆰 ２０±０􀆰 ８９ｂ
６ ６􀆰 ４５±０􀆰 ７２ｃ ７􀆰 ０９±０􀆰 ６１ｃ １３􀆰 ５１±１􀆰 ３０ｂｃ ６ ４􀆰 ６２±０􀆰 ４７ｃ ４􀆰 ５１±０􀆰 １６ｂ ９􀆰 １１±０􀆰 ４４ｃ
　 　 　 注：同列数据肩标的不同字母表示差异显著（ｐ＜０􀆰 ０５）。
　 　 由表 ２ 可知：单位水体内不同白色 ＬＥＤ复合光
谱下的 ４种微藻的叶绿素 ａ、ｂ和总叶绿素的含量不
同。 四尾栅藻在 ５号光源下的叶绿素量最高（１０􀆰 ２７
ｍｇ ／ Ｌ）；钝顶螺旋藻在 ４ 号光源下叶绿素量最高
（１５􀆰 ８１ ｍｇ ／ Ｌ）；布朗葡萄藻在 ６ 号光源下叶绿素量
最高（９􀆰 １１ ｍｇ ／ Ｌ）；而集胞藻在各个光源下的叶绿
素量都较低。 因为集胞藻的个体较小（３ ～ ５ μｍ），
镜检不能判断是否破碎，研磨的时候可能破碎率偏
低，从而造成叶绿素量较低，不能够完全反映其真
实的叶绿素量。 故集胞藻的叶绿素含量本文不再
讨论，需要用别的检测方法，如流式细胞术等［２７］确
定破碎率。
与生长速率相对应，布朗葡萄藻单位水体内的
叶绿素含量在所选用光强范围内，一直随着入射光
强的增大保持上升趋势。 四尾栅藻和钝顶螺旋藻
在入射光强小于饱和光强时，叶绿素含量随着光强
的增大而增多，四尾栅藻在 ６ 号光源下叶绿素含量
开始下降，钝顶螺旋藻的叶绿素含量从 ５ 号光源开
始下降。 叶绿素含量随着光照强度的增加呈低—
高—低的趋势，这种现象与欧阳峥嵘等［２８］和严美姣
等［２９］的报道结果一致。 欧阳峥嵘等［２８］分析，这是
因为藻类对光照强度有一个饱和点，低于光饱和
点，随着光强的增加，藻类的光合速率加快；超过光
饱和点，藻类的光合速率不再增加，甚至减弱、停
止。 布朗葡萄藻的叶绿素量在所选用光强范围内
一直保持上升趋势，可能是因为所选的 ６ 种光源均
未达到其饱和光强。 单位水体叶绿素含量的变化
与藻类密度或生物量的变化紧密相关：在不同的白
色 ＬＥＤ复合光谱下，３ 种微藻的叶绿素量与其生长
速率成正比，生长速率越快，叶绿素含量越高。 刘
青等［３０］也报道了相似的结果。
由于单位水体内微藻的叶绿素含量受微藻密
度影响，因此将之换算成单位生物量的微藻的叶绿
素含量，见图 ３，由此反映单位质量藻体的叶绿素
量。 布朗葡萄藻的单位藻细胞干质量的叶绿素含
量最高，而钝顶螺旋藻含量最低。 除了钝顶螺旋
藻，其他 ２ 种藻在 ２ 号光源下的叶绿素含量高于 １
号光源，这可能是因为 ２ 号光源中蓝光的比例大于
１ 号光源，而在蓝光下，叶绿素的吸收比例较
大［３０－３２］。 之后随着光强的增大，布朗葡萄藻单位生
８９ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １３卷　
图 ３　 不同光源下微藻的叶绿素总量
Ｆｉｇ􀆰 ３　 Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＬＥＤｓ􀆰 Ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｂａｒｓ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ
ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒｉｐｌｉｃａｔｅ ｓａｍｐｌｅｓ􀆰
物量的叶绿素含量反而降低，其他 ２ 种微藻的叶绿
素含量变化不明显。 这是因为光强对于微藻光合
活力的影响主要是通过影响藻胆体捕光色素的合
成及其构成比例来实现的。 曾文炉等［３１］发现耐强
光的盐泽螺旋藻品系 ３Ｆ，在强光下其叶绿素和藻胆
蛋白的含量呈下降趋势，胡萝卜素和 β 胡萝卜素含
量也有所降低。 对比在 １号和 ２号光源下 ３种微藻
的叶绿素量可以发现：四尾栅藻和布朗葡萄藻在红
蓝比为 ３􀆰 ４时，单位藻细胞干质量的叶绿素量较高，
说明叶绿素的合成受到蓝光的促进，在红光下合成
较少［３０－３２］。 而却在红蓝比为 １１􀆰 ７ 的 １ 号光源下钝
顶螺旋藻的叶绿素量较高，与徐明芳等［９］研究结果
一致。 这可能是因为螺旋藻光合色素的吸收区主
要在红光区，光合效率较高，产生的光合产物多。
而 Ｍｉｇｕｅｌ等［３３］对红光促进螺旋藻生长作用的机制
提出了不同的解释：红光环境下，螺旋藻细胞中的
藻蓝叶黄素量下降而 β 胡萝卜素上升，后者可以吸
收 ３００～５００ ｎｍ 的光波，从而有助于保护叶绿素 ａ
在高光强下免受氧化；而在弱光照条件下，β 胡萝
卜素则主要发挥其作为辅助色素的功效，专职于捕
获光能并将其有效地传递给叶绿素 ａ。
３　 结论
四尾栅藻、集胞藻和钝顶螺旋藻能够利用所选
的 ６种白色 ＬＥＤ复合光谱生长，而布朗葡萄藻只能
利用 ４、５和 ６号光源生长，其他光源下基本不生长。
不同的光谱对微藻的生物量、比生长速率以及叶绿
素含量的影响也不相同：四尾栅藻和钝顶螺旋藻的
生物量和比生长速率在未达到饱和光强前，随着光
强的增大而增大；超过饱和光强后，随着光强的增
大，比生长速率降低。 布朗葡萄藻对光强很敏感，
只能利用光强较大的光源生长，所测试 ６ 种光源均
未达到其饱和光强。 集胞藻在弱光下比生长速率
较大，生物量积累较多。 ４ 种微藻对光强大小的需
求顺序为布朗葡萄藻、四尾栅藻、钝顶螺旋藻和集
胞藻。 在光强较小的情况下，光质的红蓝比对四尾
栅藻和布朗葡萄藻的生长没有影响，而红光能够促
进集胞藻和钝顶螺旋藻生长。
四尾栅藻、钝顶螺旋藻和布朗葡萄藻单位水体
的叶绿素含量与它们的生长速率趋势一致：对光照
强度有一个饱和点，低于光饱和点，随着光强的增
加，叶绿素含量增加；超过光饱和点，叶绿素含量有
所下降。 布朗葡萄藻单位藻细胞干质量下的叶绿
素含量最高，而钝顶螺旋藻的叶绿素含量最低。 四
尾栅藻和布朗葡萄藻在 ２号光源下的叶绿素含量高
于 １号光源，是因为其光合色素受到蓝色光的促进，
在红蓝比低的光源下叶绿素吸收比例较高；而钝顶
螺旋藻的叶绿素含量在红光下较高，是因为螺旋藻
光合色素的吸收区主要在红光区，光合效率较高，
产生的光合产物多。
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（责任编辑　 荀志金）
００１ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １３卷