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本帖最后由 希帝莱智能水族灯 于 2014-8-25 13:14 编辑
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在上一篇《科学养海（1）营养盐N和P存在哪里？》里我们揭示了N/P在海洋水族系统中的存储方式：N作为生命活动中重要的元素大量地存储于蛋白质中，而N和P则同时作为合成DNA的重要元素存储于细胞核内，以供细胞分裂繁殖之用。
叶绿素作为色素蛋白，同样需要大量的N元素参与才能合成，这一篇将通过阐述N元素在叶绿素中的存在，了解N元素对光合作用的重要意义。
1.虫黄藻与珊瑚的共生关系：
在贫瘠的海水中，珊瑚可以通过摄食浮游植物、浮游动物来获取能量，但这仅占到珊瑚虫总能量需求的10%。
虫黄藻作为珊瑚的共生藻，通过叶绿素的光合作用，为宿主珊瑚虫提供90%的能量以维持珊瑚虫的能量供给和新陈代谢。一旦虫黄藻离开或死亡，珊瑚虫就会被饿死。
虫黄藻作为藻类的一种，大量存在于海水中。如下图所示，珊瑚虫通过口器摄取浮游藻类，进入胃中。珊瑚虫能分辨出摄取的是否是虫黄藻还是食物，对于虫黄藻1，2，则不会被消化，而是进入内胚层，被细胞液包裹，形成共生关系，非共生藻则留在肠道内作为食物被消化。
珊瑚虫摄取虫黄藻
珊瑚虫为虫黄藻提供居所和保护层，同时珊瑚虫消化后的排泄物作为虫黄藻的养料来源，虫黄藻光合作用的产物糖类、硝酸甘油等为珊瑚虫提供能量，产生的O2则供珊瑚虫呼吸之用。
有关共生关系，生物学家已经研究得非常清楚，在网上可以找到大量的资讯，不在此展开。
2. 叶绿素：chlorophyll
叶绿素（chlorophyll)吸收光能并进行能量转化，是一类与光合作用(photosynthesis)有关的最重要的色素蛋白。
光合作用过程是通过合成一些有机化合物将光能转变为化学能的过程，这些化学能是糖类，蛋白质，硝酸甘油等。
叶绿素实际上存在于所有能营造光合作用的生物体，包括绿色植物、原核的蓝绿藻（蓝菌）和真核的藻类。
左下图为虫黄藻的解剖图，右下图为叶绿体的空间结构图，用于光合作用的叶绿素就存在于此。
虫黄藻结构
叶绿体空间结构
叶绿素分为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c 、叶绿素d、叶绿素f 、原叶绿素和细菌叶绿素等
在这里重点介绍绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等。
下图为绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素在各波长段的吸收峰。
由图中可见，叶绿素A/B在蓝光区和红光区均有明显的吸收峰，而类胡萝卜素仅在蓝光区有明显的吸收峰，对绿光和红光不敏感。
叶绿素吸收光谱
金卤灯作为上一代成功的水族照明产品，色温越高，蓝光段越多，光合效率越高，但因为光谱中包括大量的黄、绿光是虫黄藻吸收效率很低的，因此金卤灯和阳光一样，都不是最高效的光源。
LED 作为新一代的照明产品，随着上游芯片厂家对各波段的支持，可以非常精确地配置不同的光谱，实现能量吸收最大效率，光谱配置合格的LED灯具，其能耗使用约为金卤灯或阳光的50%。
LED灯珠品牌里的最有名的是Cree，osran, bridgelux, epistar, philip, 韩半等，但无一例外，这些品牌都不会把400-700波段的芯片做全，因为LED的光谱段很纯很窄，要做全估计得有几十种，甚至更多。
Cree是行业中的一线品牌，其业务是商业照明（蓝光或蓝光加荧光粉后做成白光），对于生物光源来说，可供选择的波段泛善可陈。
因此我们可以看到，市面上好的LED水族灯具，对于灯珠选择来说都是大杂汇，不同波段的各品牌LED灯珠拼合起来用，对于市场宣传，很多厂商都说自己是科瑞（Cree），这其实是为了迎合客户对品牌的误解，说一句题外话：不要迷信科瑞，科瑞对我们水族界只是一个传说。
2.1 叶绿素A：分子式C55H72O5N4Mg
下图叶绿素A分子结构图
叶绿素A
叶绿素a在蓝光区、红光区吸收效果最大，对绿光的吸收量非常小，绿光不被吸收反射出来进入观察者眼中，因此叶绿素a呈深绿色；
2.2 叶绿素B：分子式C55H70O6N4Mg
下图为叶绿素B的分子结构图
叶绿素B
叶绿素b在蓝光区、红光区吸收效果最大，对绿光的吸收量非常小，绿光不被吸收反射出来进入观察者眼中，因吸收光谱的峰值区域对比叶绿素a有所偏移，因此呈现黄绿色；
2.3 类胡萝卜素：
类胡萝卜素（carotenoid）：一类重要的天然色素的总称，在光合作用中扮演非常重要的角色，作为辅助色素对叶绿素捕获光能的重要补充。
包含氧原子的类胡萝卜素分子，如叶黄素与玉米黄质，被称作叶黄素类;
不含氧原子的类胡萝卜素，如α-胡萝卜素、β-胡萝卜素与番茄红素被称作胡萝卜素;
分子结构式
类胡萝卜素
类胡萝卜素同时作为叶绿素的保护色素，清除光合作用中产生的大量氧自由基，它提供了一种对抗自动氧化的光氧化防护机制。
类胡萝卜素，叶黄素主要吸收蓝紫光，留下绿光和红光不被吸收，因此类胡萝卜素呈红色、黄色或橙色。
小结：
作为光合作用中最重要的色素蛋白，在叶绿素A/B中均可看到大量的N元素存在。
有农事经验的人都知道，庄稼需要施化肥，化肥里有氮肥、磷肥，钙肥，钾肥、镁肥等，其中氮肥是很重要的一种。
作物在施了氮肥后，NO3通过植物的根系吸收，在叶面的表现就是：叶面颜色加绿，叶片长大，植物长得更茂盛，这是因为叶绿素增加结果，效果表现为光合作用吸收光能的总量提高，植物长势加快。
作物缺氮或缺镁（因为镁元素也是叶绿素的重要原料），叶面表现，颜色变浅，呈黄色。
缺氮
为珊瑚虫提供90%能量来源的虫黄藻，同样需要氮肥滋养，合成更多的叶绿素，以提高吸收光能的能力，给虫黄藻提供更多的光合产物。
我们在养海过程中，因为一些错误的观念和操作，比如刻意降低NO3的含量，在NO3测得为0时，珊瑚通常开始表现颜色更鲜艳（虫黄藻数量降低），随后颜色变淡（叶绿素减少），然后死亡（珊瑚饿死），这是因为水质中可被虫黄藻吸收的N元素太少，叶绿素无法合成，光合作用转化的能量不足以提供宿主的生命之需。
我们的海缸系统中，镁元素通过添加氯化镁来补充，氮肥主要来自于硝化循环过程中产生的NO3或额外加入NO3。
在上一篇《科学养海（1）营养盐N和P存在哪里？》里我们认识到虫黄藻的复制繁殖需要N（硝酸盐)和P(磷酸盐）的同时参与，虫黄藻的大量复制，黄褐色掩盖了珊瑚本来的颜色，珊瑚变咖，或死亡。
若只增加硝酸盐含量，同时控制磷酸盐含量，则可以增加虫黄藻中的叶绿素数量而不会增加虫黄藻本身的数量，珊瑚会更健康，且不会变咖。
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发表于 2014-8-22 22:14:55
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