潮间带浅水珊瑚的光照强度需求（Light Intensity Requirements of Shallow Tidepoo...

MyDeepSea

原文链接：http://www.reefsmagazine.com/forum/reefs-magazine/145122-light-intensity-requirements-shallow-tidepo...

原文作者：Dana Riddle

简译：yangsha

MyDeepSea

注意，最初的PPFD值是用来比较灯泡和镇流器对反射效果的影响。在这些测试中，灯泡为Ushio 14000K 400W 镇流器为Icecap Electronic ballast距离18应寸是PPFD值为151.7 。其它相关比较数据可以在http://reeflightinginfo.arvixe.com找到，并且已经被分比率整理。例如，如果使用magnetic ballast镇流器配合Ushio Blue 20000K 灯泡，PPFD 值为109，数据来自刚才的网站。

MyDeepSea

反射数据和分析



实验光照距离24英寸和30英寸。光线收集区域36英寸*36英寸，以3英寸*3英寸为一个数据收集单元。记录每个龟壳灯罩的反光数据，并用数据点绘制平面表格，顶视图，光照强度分布百分比图。灯泡安装位置均经过校准，水平方向与x轴平行，中心点对应光线收集区原点。所有距离计算均由原点开始。

MyDeepSea

如果你翻回头看前面的帖子会发现，之前的照片有多差劲。在决定更换成LED前，我们先更换了一款Aqua-Medic的非常好的金卤灯。但由于缸子太宽了，需要给边界处补充些光源。当时，泰国牛人chingchai正在尝试用LED条补光，因此我们决定用些另一个火珊瑚缸的120wLED灯试试。我们把LED放在金卤灯两侧，令人惊喜的效果一下子就出来了。首先鱼的颜色更加靓丽了。高显色性（CRI）使珊瑚看起来更自然，夜光灯也绝对令人吃惊。之前使用的ATI T5光化灯完全没法与之相比。LED和T5灯都是6英寸长，但48瓦的LED让160瓦的T5黯然失色了。Peter于是痴迷于鱼缸的夜色，我不知道Peter的老婆对他在鱼房逗留过久有没有意见！

MyDeepSea

光的速度是接近每秒30万千米。为了更加精确，我们所定义的光速是光在真空中传播的速度。现实中，光在不同介质中传播会改变速度。光在玻璃中传播的速度比在空气中慢得多，但无论是玻璃还是空气中，其传播速度都比在真空中慢。

MyDeepSea

因为所有的波以相同速度传波，光速，波长与频率之间的关系遵循下面的公式：


波长=光速/频率


一般的书籍中都会用这个公式表述

MyDeepSea

光谱（全光谱）

MyDeepSea

Saturation Point: 饱和点，光合作用与光照强度成正比，直到达到某个点，光强度增加，而光合作用不再变化。这个点就是饱和点。



Dynamic Photoinhibition: 光照抑制，当光线太强时，强光会将叶黄素转换成另一种形态，虫黄藻会关闭光合作用，保护自己。

光合作用的减压阀,叶黄素循环The Photosynthesis ‘Pressure Relief Valve’
– The Xanthophyll Cycle:

虫黄藻跟其他植物一样，有叶黄素循环（Xanthophyll Cycle）。它有两种形式，即Diadinoxanthin和Diatoxanthin。蓝光被Diadinoxanthin吸收，并使其转化为diatoxanthin (在黑暗环境中，这种转化是反向的。) 这个过程有很多命名，但本文称之为光照抑制‘Dynamic Photoinhibition’。 无论这个循环叫什么名字，它都是防御被高强度光伤害的自我保护过程。然而，当所有diadinoxanthin 都被转化成Diatoxanthin，就没法提供更多的保护了。图2显示了两种形式叶黄素的吸收情况。注意，转换过程中只涉及了对蓝光照射的保护，而其他波长范围的光，尤其是红色光的照射都没有收到这种保护。

MyDeepSea

夏威夷一处潮间带潮坑内有许多硬骨珊瑚





玩珊瑚多年的老鱼友们应该能回忆起来，曾经有很长一段时间，我们不知道珊瑚的光照需求。假设用人造光源模拟太阳光，很多鱼友在浅珊瑚缸上使用400瓦，甚至1000瓦的金卤灯。1990年代后，关于虫黄藻的研究有了突破，科学家们发布了很多信息，使我们对光照强度的预期降低了。科学家们还研究了虫黄藻的基因序列。测光表被鱼友引入后，鱼友开始测量自己鱼缸内的PAR值，并与科学家的测量结果进行比较，但很多问题仍是未解之谜。

MyDeepSea

虫黄藻对光线需求与很多因素有关。有些虫黄藻对光线的适应能力非常强，但即便是这样，它们对光线的需求也与暴露在太阳光下的时间有关。很多年前，我一直对浅水坑内珊瑚的光合作用感到好奇。我推测这些珊瑚，更确切的说是它们体内的虫黄藻，需要极强的光照才能达到光合作用的顶峰。多年后，我做了类似的比对，珊瑚样本采自较深水域。我的实验室最近新增了设备，能够给我们提供答案------PAM荧光仪（见图1），通俗的说，它是用来测量光合作用效果的。

MyDeepSea

正如我们了解的，光合作用是连接自然界和生命世界的桥梁，通过光合作用，太阳光、二氧化碳和水将被转换成氧气和糖类。在陆地上，光线充足地带和阴影地带都有不同形式的植物存在。海洋世界也是一样，两个世界一起分享着光合作用的规律。

MyDeepSea

在光线条件较弱时，感光色素吸收大量光线，当光线条件增强时，它们开始将能量转存到荧光系统或者非辐射系统。过程是这样的，光合作用，远红荧光（不要与珊瑚的光致发光荧光混淆了），热，这些系统是相互竞争的。PAM荧光计利用这些因素揭示了其中的奥秘。仪器数据监测能告诉我们光是被光合作用利用了，还是被转移到其他系统了。

MyDeepSea

这里有些术语可能要先普及下：



Clade：进化枝，或者序列。鹿角珊瑚通常体内含有C分支的虫黄藻。其它虫黄藻一本是A,B或者D分支。



Yield（光合作用）：光合作用吸收率，是吸收光子数与接受光子数的比值。通过测量，虫黄藻的吸收率比绿色植物低（0.40比0.80）。



Electron Transport Rate(ETR):光电转换率，光子被感光色素吸收后转换成电子，转化比率就是转换率。



Photosynthetically Active Radiation or
PAR有效辐射或有效PAR：辐射波长在400纳米-700纳米之间的光。



Photosynthesis/Irradiance (P/I) Curve光合作用/辐射曲线：表示光合作用与光强度之间关系的曲线。





PPFD或Ph：光子密度，单位时间内照射到单位面积的光子数。

MyDeepSea

PAM Fluorometer： PAM荧光仪，用来测量光合反应中叶绿素荧光反应的仪器。

MyDeepSea

图1 PAM荧光仪，是我们揭开珊瑚光合作用秘密的法宝。可以水下测量。



PAM 荧光，收集虫黄藻进行光合作用中红色荧光光谱部分。为了计算，我们首先要设定光谱范围的上限和下限。这项设定是将珊瑚遮光于黑暗环境30分钟以后开始的。我使用的PAM仪是Junior德国制造的。工作时，仪器的蓝色LED发出极小量的光，仪器检测到的荧光设定为最小值。然后再给予饱和脉冲蓝光，仪器检测到的荧光量设定为最大值。这就是我设定上下限的过程。而且，我还更新了仪器的蓝色光源。

MyDeepSea

Pocillopora damicornis –鹿角杯形珊瑚，我们的实验样本。



这种SPS是研究者最喜欢的。这种硬骨珊瑚容易采集、饲养，而且特征明显好区分。 它们在夏威夷海滩的潮汐坑里常见。有些有绿色或粉色荧光，很漂亮。它们名字的拉丁语意思是杯或碗状的，多孔的意思。在维护良好的水族箱里，它们成活率极高，就像自然界里它们的“杂草”属性一样。同时它也是水族常见珊瑚的近亲，见图3.

MyDeepSea

图3，这些浅水坑只有5厘米深。 Pocillopora damicornis生活得很好。





实验结果

我的主要目的是确定这些鹿角对光照的需求。根据数据得到了光合作用与光线强度的曲线。 结果显示，最强光合作用发生在低光照强度时。这种强度LED和荧光灯和金卤灯都能达到。参见图4

MyDeepSea

图4 图中显示光照只需达到200+ μmol photons·m2·sec光合作用效率就能达到顶峰值





实验的第二部分包括观察光能是如何被分配的。之前我们说过，光能利用和转化在在珊瑚体内存在竞争。当光线强度较低时，光合作用与叶黄素转化同时进行，当光达到一定强度后两个过程都开始减弱，如图5所示，而当光线强度达到一定值时，非辐射热能转化开始，并逐渐增强。据我所知，在我之前还没有人做过类似图谱。

MyDeepSea

图5.当光线强度达到 220 μmol electrons·m2·sec时,虫黄藻开始将多余的光能转化为非辐射热能形式，光合作用和叶黄素循环效率开始下降。





讨论

我们可以得出这样一个结论，这些生活在浅水坑里的珊瑚在水族箱光线条件下就能达到光合作用峰值，在自然界中，早晨或傍晚它们的光合作用处于峰值，其余白天时间都在不断地调整控制。其他学者的研究也表明，光合作用最强值是在一天中光照强度开始下降时才出现。

MyDeepSea

另一株鹿角珊瑚





数据已经表明，很多珊瑚爱好者已经出现光照过渡的问题。这是一个非常浪费的做法。



文中实验样品鹿角珊瑚的虫黄藻属于进化分支C。通常是C1或C1d。图6显示了虫黄藻进化分支图。一般，C分支链的珊瑚对强光的忍耐力是有限的，与本文结果一致。

MyDeepSea

图6 虫黄藻C分支。.





我将继续研究珊瑚光照需求的问题，地点将从夏威夷向大陆迁移，也会寻找更多的珊瑚品种。这个结论针对其他珊瑚需要实验数据的证实。



以上所说的都是基于数据的科学。通过这次试验，我了解到浅水坑里的珊瑚对光照需求如此小，真是令人难以置信，也颠覆了我之前先入为主的概念。





我愿意与任何对本文有兴趣的人交流，我的email地址是RiddleLabs@aol.com，如有需求，尽管电邮我！

MyDeepSea

***********************************************

MyDeepSea

***********************************************

MyDeepSea

专题文章：狭窄光源对虫黄藻及珊瑚颜色的影响----转帖

MyDeepSea

天使鱼  翻译  2012年8月21日 首帖



用一个简单的实验设计来测试窄光谱对珊瑚色彩的影响的假设。初步实验涉及潜水照明系统包括四个LED灯（蓝色，绿色，黄色和红色，LED 注LED比起其它光源它的波长更集中），其中接收6周照明部分的珊瑚的基因是完全相同的（同个珊瑚上的断枝）。几个月后再做同样的实验也有相同的结果。结果表明光谱不同可以对珊瑚藻类色素沉着有明显的影响。

MyDeepSea

图1：光谱特征发光二极管LED。蓝色（峰值457纳米）；绿色（峰值564纳米）；黄色（峰值587纳米）；红色（峰值659纳米）

MyDeepSea

图2：照片的实验设置（特别是二组实验）。注意蓝色发光二极管LED比红色发光二极管LED定位远离珊瑚。这样做的目的是规范光强落在珊瑚表面，因为蓝光波长比红光短，所以蓝光能量较红光大。