華南理工大學(xué)在海洋微藻生產(chǎn)巖藻黃素研究方面取得重要突破——LED調(diào)光和補(bǔ)氮聯(lián)合策略提高兼養(yǎng)三角褐指藻的巖藻黃素產(chǎn)量

巖藻黃素（Fucoxanthin）是一種廣泛存在于海洋藻類的類胡蘿卜素，占整個(gè)生物圈中所有類胡蘿卜素含量的10%以上。巖藻黃素具有抗癌、抗肥胖、預(yù)防糖尿病及阿爾茲海默癥等功效，在生物醫(yī)藥和功能食品領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。目前商業(yè)化巖藻黃素的主要來源是海帶、裙帶菜等大型褐藻，這類原料中巖藻黃素含量極低（僅約為干重的0.01%），提取困難、加工成本高且產(chǎn)物純度低，難以滿足日益增長的市場需求。海洋硅藻三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）生長速度快，可進(jìn)行自養(yǎng)和兼養(yǎng)培養(yǎng)，自養(yǎng)下其巖藻黃素含量高達(dá)干重的1%~6%，是大型海藻的上百倍。三角褐指藻來源的巖藻黃素藻油已獲得美國FDA認(rèn)證，作為肝臟脂肪控制的膳食補(bǔ)充劑，是國際市場的新寵。

華南理工大學(xué)魏東教授課題組系統(tǒng)研究了三角褐指藻響應(yīng)不同光質(zhì)與補(bǔ)氮策略的特性，建立了兩階段兼養(yǎng)培養(yǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了巖藻黃素在該藻中的高效積累。研究論文“Improving fucoxanthin production in mixotrophic culture of marine diatom Phaeodactylum tricornutum by LED light shift and nitrogen supplementation”近期發(fā)表在國際生物工程期刊Frontiers in Bioengineering and Biotechnology。?

該團(tuán)隊(duì)還強(qiáng)調(diào)了針對其他傳播疾病的趨熱性蒼蠅做進(jìn)一步研究的急迫性，包括作為引起諸如瘧疾和寨卡熱（zika Fever）等有害疾病的病原體攜帶者的蚊子。

這項(xiàng)研究由自然環(huán)境研究委員會和英國照明制造商Integral LED資助，在英國西南部的18個(gè)場所進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，使用定制誘捕裝置，采用LED燈，白熾燈和熒光燈提供照明，對4,000多只昆蟲進(jìn)行仔細(xì)鑒別。結(jié)果表明，LED吸引的昆蟲數(shù)量比傳統(tǒng)白熾燈減少四倍，僅為緊湊型熒光燈的一半。

值得注意的是，對于螫蠅（庫蠓屬蚊子，其中一些物種是野生動(dòng)物疾病的載體），80％被白熾燈吸引，15％被緊湊型熒光燈吸引，而兩盞不同LED燈具僅吸引了2%-3%。

為改善視野，很多城市道路、高速路以及高架橋都已經(jīng)配置了LED路燈。尤其是車輛繁忙路段，路燈的設(shè)置大大地減少了交通事故發(fā)生的可能性。相較于傳統(tǒng)的高壓鈉燈，LED路燈有著節(jié)能、光衰小、壽命長、維護(hù)成本低等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，但LED路燈也有難以回避的缺陷——藍(lán)光危害。

藍(lán)光并不是指藍(lán)色的光，而是指是波長處于400nm-480nm之間的高能短波藍(lán)光，具有極高的穿透力。該波長內(nèi)的藍(lán)光會使眼內(nèi)黃斑區(qū)毒素量增高，光敏感細(xì)胞死亡，視力逐漸下降，甚至誘發(fā)致盲眼病，嚴(yán)重威脅我們的眼底健康。日常中藍(lán)光隨處可見，但所含比例一般在正常健康范圍內(nèi)，對視力影響較小。但藍(lán)光大量存在于LED屏幕、LED燈、熒光燈等人造光源中，長時(shí)間接觸就會感到“辣眼睛”，對眼睛有著難以恢復(fù)的傷害。

美國醫(yī)學(xué)會（AMA）最近接受了一項(xiàng)關(guān)于街道照明的正式政策聲明：冷一點(diǎn)、暗一點(diǎn)。其在聲明中稱，對于晚上戶外照明，尤其是街道照明，其色溫不應(yīng)超過3000開爾文（K）。較高的色溫光照越白，同時(shí)意味著較高的藍(lán)光含量，而白色LED燈泡的色溫通常能達(dá)到4000K-5000K，所含有害藍(lán)光較高。

白色LED路燈除了威脅眼底健康，還容易影響駕駛員開車的視野。由于藍(lán)光所含能量較高，遇到空氣中的細(xì)小粒子的亂射率較高，夜間開車途中在視野中容易出現(xiàn)較大的亮度變化，引起視覺不適和喪失明視度的眩光現(xiàn)象。與遠(yuǎn)光燈一樣，對駕駛員的視野和可見度影響非常大，稍不注意就容易導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。

另一方面，日常中可見光線在眼內(nèi)聚焦后會形成焦點(diǎn)距離差，這是形成視物模糊的主要原因，而藍(lán)光的射入會加劇焦點(diǎn)距離差和視覺模糊度，容易導(dǎo)致視覺疲勞，影響駕駛員車況觀察和行車注意力。白色LED在夜晚抑制褪黑色素的效果比傳統(tǒng)的高壓鈉燈要高出五倍。褪黑色素被抑制意味著失眠和生理節(jié)律被打亂。

如果你直接盯著家用電器上的LED指示燈看，你很快就會感受到藍(lán)光的“辣眼睛”。正如長時(shí)間使用數(shù)碼產(chǎn)品，藍(lán)光會造成數(shù)碼視覺疲勞，街道照明也會帶來同樣的影響，給駕駛安全帶來隱患。

如何避免夜間行車藍(lán)光所帶來的危害呢？AMA在這份最新的政策聲明中鼓勵(lì)使用色溫為3000K或者更低的燈光作為道路等地段的戶外照明。所有LED燈光都應(yīng)該進(jìn)行防護(hù)，將對人體和環(huán)境的影響降到最低。并且建議在非高峰時(shí)段降低LED路燈的亮度。

而對于駕駛員來說，首先要避免長時(shí)間的疲勞駕駛，保持適當(dāng)?shù)男菹r(shí)間，避免身體疲勞和視覺疲勞。另外，若是常在路燈較多的路段行駛，最好常備一副防藍(lán)光的眼鏡，減輕藍(lán)光對于眼睛的傷害。

提高能源效率固然勢在必行，但是不好的照明帶來的刺眼現(xiàn)象以及生理節(jié)律被打亂等人身風(fēng)險(xiǎn)，也同樣必須降到最低。只要能得到合理的設(shè)計(jì)，相信LED技術(shù)就能同時(shí)帶來兩者的最優(yōu)解。

研究人員稱，這項(xiàng)技術(shù)未來有望商業(yè)化，帶來價(jià)格更低、重量更輕、對環(huán)境也更友好的深紫外LED。

該校材料科學(xué)與工程系副教授Roberto Myers表示：“當(dāng)前如果你想制作一臺深紫外燈，就必須要用到汞燈。水銀的毒性眾所周知，而這種燈泡不僅笨重、效率也低”。

另一方面，LED的效率很高，所以如果我們把UV LED做得便攜、安全、還廉價(jià)，那就隨時(shí)可以喝到安全的飲用水了。

通常任何類型的紫外光都可以很好地殺死有害微生物，比如波音就在飛機(jī)廁所上用到了紫外消毒系統(tǒng)（以及某些真空吸塵器）。

俄亥俄大學(xué)的研究人員們，使用了基于分子束外延方法的全新納米薄膜技術(shù)。

借助半導(dǎo)體行業(yè)的生長方法（分子束外延），他們在上面培植了一片緊密的鋁氮化鎵線（其高度在200nm、直徑在20-50nm左右），然后用鈦、鉭材料制成柔性導(dǎo)電纖維。

研究人員在測試中發(fā)現(xiàn)，在向納米導(dǎo)線施加電流時(shí)，其發(fā)出的光線和在生硬的單晶硅上一樣亮。

Myers表示：人們總說納米光子學(xué)的商業(yè)化沒那么重要，其實(shí)只是沒能將它規(guī)?；２贿^現(xiàn)在，我們已經(jīng)能夠做到。

有關(guān)這項(xiàng)研究的具體內(nèi)容，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《應(yīng)用物理快報(bào)》（Applied Physics Letters）上。

植物工廠是跨界產(chǎn)品，植物燈光譜技術(shù)是種植設(shè)備與種植工藝的重要關(guān)聯(lián)點(diǎn)。種植工藝決定光譜設(shè)計(jì)，對植物燈的設(shè)計(jì)與制造是保證種植工藝所要求的光質(zhì)能達(dá)到最佳效率，植物燈的這些特點(diǎn)決定了植物光譜設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性和多樣性。

光譜的非視覺應(yīng)用

光譜應(yīng)用分視覺應(yīng)用和非視覺應(yīng)用，植物光照屬于非視覺應(yīng)用。然而，目前仍然看到許多植物燈采用照明單位標(biāo)注參數(shù)，這個(gè)會導(dǎo)致應(yīng)用混亂的參數(shù)標(biāo)注可能來源于“植物照明”的提法。

對植物光合作用的光譜研究實(shí)質(zhì)是以波長為定義域的光輻射功率或光量子的分布形態(tài)與量值（光質(zhì)）分析，這個(gè)分析是通過光譜數(shù)據(jù)和光譜圖實(shí)現(xiàn)的。

太陽光光譜

植物種植需要研究太陽光譜，地面上測試的太陽光譜屬于吸收光譜，標(biāo)準(zhǔn)的太陽光譜如下圖所示，由于地理位置與季節(jié)不同，在地面測試到的光譜輻射量會有不同，但光譜的形態(tài)相同。

植物的光合作用，通常的理論是研究波長 400nm-700nm 范圍，把波長限制在這個(gè)范圍，可以看出（下圖），光譜形態(tài)接近矩形。

太陽光光譜對植物燈光譜設(shè)計(jì)有重要的參考作用，但不具備依賴性，試圖仿制太陽光光譜到植物燈，是一種徒勞而沒有效率的做法。

AM1.5G在400-700nm波長范圍內(nèi)的紅光、綠光、藍(lán)光輻射比例為：紅光占32.62%，綠光占35.38%，藍(lán)光占32.69%。

分析某個(gè)種植地區(qū)的太陽光對本地區(qū)種植很重要，應(yīng)該在當(dāng)?shù)赝ㄟ^專業(yè)儀器實(shí)際測量，這樣能準(zhǔn)確分析。地理位置的不同，光譜中紅綠藍(lán)成分有差別，這對太陽光型和混合型植物工廠的設(shè)計(jì)影響較大。

準(zhǔn)確的分析當(dāng)?shù)氐奶柟夤庾V，可以給太陽光型和混合型植物工廠的種植工藝提供科學(xué)的光合量參考，可以正確地提供補(bǔ)光燈的選用依據(jù)，對于太陽光型植物工廠，準(zhǔn)確的光譜分析更加有利于SPA2的方式。

需要注意的是太陽光譜與人造光源的光譜分析量綱有所不同，太陽光光譜適合采用輻射量綱描述，人造光源適合采用光量子量綱描述。

LED光源的光譜與極限參數(shù)

把LED植物燈的光譜作為重點(diǎn)討論，是因?yàn)長ED光源的光譜可以根據(jù)種植工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，LED光源的光譜通過調(diào)光技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)可變光譜的控制，LED光源是目前唯一可以實(shí)現(xiàn)可變光譜的植物燈光源，植物燈可變光譜的技術(shù)主要是針對光形態(tài)控制，在節(jié)能方面作用不大，普通植物燈通過光周期的調(diào)整也是可以節(jié)能，可變光譜的應(yīng)用成本會提高很多。

1） 根據(jù)LED的光譜形態(tài)可以推算最高的PPF

最高YPF或PPF對評估LED植物燈的應(yīng)用非常重要，也是LED植物燈與其他類型的植物燈性能比較的主要參數(shù)。目前的LED封裝技術(shù)批量供貨的最高輻射效率低于40%，光源輻射效率 =（輻射功率/電功率）×100%。

2） LED 植物燈的光譜設(shè)計(jì)體現(xiàn)制造商的品質(zhì)能力

LED植物燈的光譜設(shè)計(jì)是對種植工藝要求的設(shè)備支持能力，關(guān)系到植物燈制造商的市場競爭力，是衡量制造商技術(shù)與工藝的主要特征。

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上海光語生物科技有限公司為客戶量身定做藻類植物生產(chǎn)培養(yǎng)定制光源產(chǎn)品。

圓形植物生長燈說明

圓形植物燈能夠代替3-5倍功率的高壓鈉燈， 節(jié)約80%的電能。
LED波長可由客戶指定， 我們建議紅光波長使用620-630nm和640-660nm， 藍(lán)光波長使用450-460nm和 460-470nm。紅光促進(jìn)植物發(fā)芽、開花、延長花期， 藍(lán)光促進(jìn)植物生長，您可以自主選擇更合適的波長和顏色比例促進(jìn)植物的生長。
不同光之間的比例可由客戶指定，我們建議的比例是（紅：藍(lán)）8:1, 7:2 和7:1:1 ,紅.藍(lán).橙.白混合光提供給植物.

方形植物生長燈說明

方形植物燈燈板,非常適合土地的照射.功效好因?yàn)樗墓庹蘸軓?qiáng)烈.
寬發(fā)光角度: 常規(guī)120 度 (具有很大的照射面積).根據(jù)客戶要求也可選用其它發(fā)光角度。
光衰很小, 壽命高達(dá)5萬小時(shí).能夠結(jié)合熒光燈使用.
散發(fā)的光芒充足被植物吸收, 相比較于HID的植物燈能產(chǎn)生相同的結(jié)果,但功效更強(qiáng).
高光效: 90% 散發(fā)的光能夠被植物所吸收. 但是對于傳統(tǒng)高壓納燈和金鹵燈來說, 只有 8-10% 的光效.

注意事項(xiàng)：

1.只能室內(nèi)使用。
2.插上電源時(shí)不要觸碰燈的表面。
3.不能用于在有水或灌溉的地方。
4.不能讓水浸濕植物燈。
5.植物燈的環(huán)境溫度最好低于65℃. 大棚的溫度最好為25℃-28℃。
6.下雨天您最好關(guān)掉電源，因?yàn)槲覀兒ε聦霰芾椎姆秶?br /> 7.當(dāng)植物燈在夜間點(diǎn)亮的時(shí)候，很容易吸引昆蟲和小動(dòng)物，需關(guān)上大棚的門。
8.植物燈的照射時(shí)間與太陽光光照時(shí)間應(yīng)為10-14小時(shí).
9.植物燈與植物的距離一般為2.5m-3.5m, 90W植物燈最低高度為1.5m，300W植物燈為2m，600W植物燈為3-4m。
10.照射面積：90W照射面積為28 M2/3m，90W方形是31M2/3米，300W是120M2/5m高，600W是180M2/6m,120W植物燈是78M2/3m，50W植物燈是19.6 M2/3m。
11.兩個(gè)90W植物燈是每隔3米放一個(gè)，120W是每隔3米放一個(gè)，300W是每隔4-5米放一個(gè)，600W植物燈是每隔8米放一個(gè)。

使用方法：

1. 只能室內(nèi)使用.
2. 安裝前切斷電源，防止觸電，在工作時(shí)避免用手觸摸燈的表面。
3. 使用時(shí)確保產(chǎn)品在正常環(huán)境下使用。
4. 避免安裝在熱源處及熱蒸汽，腐蝕性氣體的場所，以免影響壽命。
5. 安裝前確保安裝位置可以承受10倍于該產(chǎn)品的重量。
6. 安裝于無震動(dòng)，無搖擺，無火災(zāi)隱患的地方
7. 本產(chǎn)品無防水功能，切勿淋水。
8. 產(chǎn)品在工作時(shí)切勿觸摸，敲打產(chǎn)品。