微藻吸收太阳能以制备生物柴油等清洁能源对于解决当前石油等化石能源的污染严重和日益短缺的危机与矛盾具有非常重要的意义。硅藻在生长速度和油脂含量上具有很大的竞争优势,成为国内外制取生物柴油的研究热点。本文重点研究了核诱变和盐度驯化硅藻生长富集油脂的反应过程,分析了藻种经历核诱变,盐度胁迫以及缺氮缺硅前后的关键基因变化,揭示了硅藻生长富集油脂的代谢通路调控机理。本文以菱形藻Nitzschia sp.为主要研究对象,首先采用60Co-γ射线核诱变和高盐度驯化方法,提高了菱形藻生长富集油脂能力。实验发现核辐射剂量为900Gy时筛检得到的菱形藻突变体的生物质密度比野生藻种增加了53.8%,油脂干重产量提高了28.1%。对菱形藻突变体通过30‰高盐度的梯度驯化,细胞内油脂含量由11.8%提高到27.20%。当培养基中同时缺N和缺si时,此突变优势藻株(Nitzschia ZJUl)的油脂含量提高到51.22%。针对藻株Nitzschia ZJU1进行了转录组的测序和不同盐度条件下细胞中基因表达图谱的测定,并对参与脂肪酸和TAG的生物合成代谢途径进行了重建。实验发现在海水培养藻Nitzschia ZJU1中,脯氨酸、ABC转运蛋白、蛋白酶体、谷胱甘肽、碳的固定、氮素代谢的通路均有较大差异。在脂类代谢相关的几个通路中,乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)、β-酮脂酰-ACP合酶Ⅰ和Ⅱ和二酰甘油酰基转移酶(DGAT)等关键基因的表达量有所上调。本文利用137cs-γ射线对经60Co-γ射线诱变选育后的高产油突变藻株Nitzschia ZJU1进行二次核辐射,利用尼罗红荧光方法筛选获得两株单细胞的高产油突变藻株Nitzschia ZJU2和Nitzschia ZJU3,其油脂产量相比于藻株NitzschiaZJUl由209.90mg/L分别提高到245.52mg/L和311.60mg/L。利用Illumina测序平台进行藻Nitzschia sp细胞的转录组测序,分析了原始Nitzschia sp.藻株和通过两次诱变后筛选出的具有生长快、产油高优势的藻株Nitzschia ZJU2与脂质合成相关的代谢通路和基因表达情况。发现与细胞生长、碳水化合物以及蛋白质合成相关的9条代谢通路发生明显变化；参与脂质合成的相关基因,如ACCase、DGAT等关键基因的表达均有明显上调,这些代谢通路的变化以及基因表达的上调促进了细胞的生长以及脂类的合成,提高了细胞的油脂产量。另外,通过单核苷酸多态性的分析发现藻株Nitzschia ZJU2中有40795个非同义突变,这也发映出核辐射对于藻株突变的影响。本文对二次诱变藻种通过培养基缺氮缺硅和加磷调控突变体生长的油脂含量,将Nitzschia ZJU2和Nitzschia ZJU3的油脂含量由22.57%分别提高到55.21%和53.66%。并且其所制备的生物柴油多不饱和脂肪酸含量降低,热值可达41.50MJ/kg.同时本文对缺N和缺Si培养条件下的藻株进行基因表达谱的测定,发现同时缺N和缺Si培养条件下有4,598个基因表达量下调,3,063个基因表达量上调,其中乙酰辅酶A羧化酶等许多与脂类合成相关的基因表达量显著上调。本文首次选用可调角度式的封闭式平板光生物反应器(容积30L)对二次诱变藻株Nitzschia ZJU2进行中试实验。采用优化培养基得到硅藻生物质产量为1.73g/L,进行缺氮缺硅胁迫调控使细胞油脂含量从17%提高到50%,提取油脂制取生物柴油的热值达到40MJ/kg.说明了二次诱变藻株Nitzschia ZJU2具有生长快和含油高的优势、以及良好的遗传稳定性。