華南理工大學在海洋微藻生產(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)藥和功能食品領域具有重要應用價值。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，可進行自養(yǎng)和兼養(yǎng)培養(yǎng)，自養(yǎng)下其巖藻黃素含量高達干重的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認證，作為肝臟脂肪控制的膳食補充劑，是國際市場的新寵。

華南理工大學魏東教授課題組系統(tǒng)研究了三角褐指藻響應不同光質(zhì)與補氮策略的特性，建立了兩階段兼養(yǎng)培養(yǎng)技術，實現(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。?

該團隊還強調(diào)了針對其他傳播疾病的趨熱性蒼蠅做進一步研究的急迫性，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個場所進行現(xiàn)場試驗，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多只昆蟲進行仔細鑒別。結果表明，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、維護成本低等多項優(yōu)點，但LED路燈也有難以回避的缺陷——藍光危害。

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

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

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。由于藍光所含能量較高，遇到空氣中的細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)聚焦后會形成焦點距離差，這是形成視物模糊的主要原因，而藍光的射入會加劇焦點距離差和視覺模糊度，容易導致視覺疲勞，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光的“辣眼睛”。正如長時間使用數(shù)碼產(chǎn)品，藍光會造成數(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光所帶來的危害呢？AMA在這份最新的政策聲明中鼓勵使用色溫為3000K或者更低的燈光作為道路等地段的戶外照明。所有LED燈光都應該進行防護，將對人體和環(huán)境的影響降到最低。并且建議在非高峰時段降低LED路燈的亮度。

而對于駕駛員來說，首先要避免長時間的疲勞駕駛，保持適當?shù)男菹r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，最好常備一副防藍光的眼鏡，減輕藍光對于眼睛的傷害。

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)律被打亂等人身風險，也同樣必須降到最低。只要能得到合理的設計，相信LED技術就能同時帶來兩者的最優(yōu)解。

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

該校材料科學與工程系副教授Roberto Myers表示：“當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，那就隨時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。

借助半導體行業(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、鉭材料制成柔性導電纖維。

研究人員在測試中發(fā)現(xiàn)，在向納米導線施加電流時，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的商業(yè)化沒那么重要，其實只是沒能將它規(guī)?；?。不過現(xiàn)在，我們已經(jīng)能夠做到。

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

植物工廠是跨界產(chǎn)品，植物燈光譜技術是種植設備與種植工藝的重要關聯(lián)點。種植工藝決定光譜設計，對植物燈的設計與制造是保證種植工藝所要求的光質(zhì)能達到最佳效率，植物燈的這些特點決定了植物光譜設計具有復雜性和多樣性。

光譜的非視覺應用

光譜應用分視覺應用和非視覺應用，植物光照屬于非視覺應用。然而，目前仍然看到許多植物燈采用照明單位標注參數(shù)，這個會導致應用混亂的參數(shù)標注可能來源于“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，這個分析是通過光譜數(shù)據(jù)和光譜圖實現(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，標準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計有重要的參考作用，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、藍光輻射比例為：紅光占32.62%，綠光占35.38%，藍光占32.69%。

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

準確的分析當?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的光合量參考，可以正確地提供補光燈的選用依據(jù)，對于太陽光型植物工廠，準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討論，是因為LED光源的光譜可以根據(jù)種植工藝要求進行設計，同時，LED光源的光譜通過調(diào)光技術可以實現(xiàn)可變光譜的控制，LED光源是目前唯一可以實現(xiàn)可變光譜的植物燈光源，植物燈可變光譜的技術主要是針對光形態(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 植物燈的光譜設計體現(xiàn)制造商的品質(zhì)能力

LED植物燈的光譜設計是對種植工藝要求的設備支持能力，關系到植物燈制造商的市場競爭力，是衡量制造商技術與工藝的主要特征。

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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， 藍光波長使用450-460nm和 460-470nm。紅光促進植物發(fā)芽、開花、延長花期， 藍光促進植物生長，您可以自主選擇更合適的波長和顏色比例促進植物的生長。
不同光之間的比例可由客戶指定，我們建議的比例是（紅：藍）8:1, 7:2 和7:1:1 ,紅.藍.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.功效好因為它的光照很強烈.
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5萬小時.能夠結合熒光燈使用.
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)生相同的結果,但功效更強.
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：

1.只能室內(nèi)使用。
2.插上電源時不要觸碰燈的表面。
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.下雨天您最好關掉電源，因為我們害怕將會超出避雷的范圍。
7.當植物燈在夜間點亮的時候，很容易吸引昆蟲和小動物，需關上大棚的門。
8.植物燈的照射時間與太陽光光照時間應為10-14小時.
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90W植物燈是每隔3米放一個，120W是每隔3米放一個，300W是每隔4-5米放一個，600W植物燈是每隔8米放一個。

使用方法：

1. 只能室內(nèi)使用.
2. 安裝前切斷電源，防止觸電，在工作時避免用手觸摸燈的表面。
3. 使用時確保產(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，無搖擺，無火災隱患的地方
7. 本產(chǎn)品無防水功能，切勿淋水。
8. 產(chǎn)品在工作時切勿觸摸，敲打產(chǎn)品。