红球藻(Haematococcus Pluvialis)为绿藻纲红球藻属的单细胞淡水绿藻,在营养缺乏、高辐射、高盐环境下,该藻会形成红孢囊(haematocysts)或不动孢子(aplanospores),并在胞质脂肪体(cytosolic lipid bodies)大量积累次生代谢产物虾青素。由于虾青素具有极高的抗氧化性,其运用范围极广、市场潜力巨大。近年来,雨生红球藻及其虾青素积累、合成的相关研究倍受关注。目前对雨生红球藻的基因组或其遗传背景了解不多,限制了对红球藻生活史、虾青素积累相关基因与培养环境的互作机制的研究,致使红球藻育种的滞后。新一代转录组测序技术,可在不需了解基因组背景下,剖析生物的转录组特征及其与环境的互作,成为低成本获得生物遗传信息及其对环境响应的重要手段。基于上述原因,本研究以MAV为基本培养基,并加以改良的基础上,就营养元素对雨生红球藻生长、虾青素累积及其转录组的影响展开研究。研究中,首先基于形态学观察及不同生长阶段的基因表达差异,探究红球藻生活史及其营养元素对其的影响;其次,通过不同浓度的N、P、Fe元素的单因素处理,探究N、P、Fe元素对藻体生长、虾青素积累及基因表达差异的影响。研究的进行将为红球藻与营养元素的互作机制研究及红球藻的育种提供基础性数据。实验结果如下:(1)通过设置不同浓度的N、P元素单因素处理对红球藻生长情况的影响,发现62.37 mg/L N元素,3.396 mg/L的P元素,是比较适合红球藻绿色生长阶段的生长,31.185 mg/L N元素,5.094 mg/L的P元素,是比较适合红球藻后期虾青素积累的浓度。(2)通过对红球藻进行不同浓度的N、P、Fe元素的单因素处理,发现:a.20.790 mg/L的N元素、3.396 mg/L的P元素和0.74518 mg/L的Fe元素最适于红球藻生物量的积累;b.31.185 mg/L的N元素、5.094 mg/L的P元素和1.49036 mg/L的Fe元素有利于虾青素在细胞内的合成;如果是采用连续培养模式20.790 mg/L的N元素、3.396 mg/L的P元素和0.74518 mg/L的Fe元素可以从单位体积的培养液中获得最大含量的虾青素。(3)通过对红球藻生长周期的探究,发现在生长环境良好的条件下,红球藻进行生长繁殖,处于绿色生长阶段;当环境恶化不适宜生存时,停止生长繁殖进入红色累积时期,积累虾青素。将其生长周期人为的概括为:绿色生长阶段→红色累积阶段(即由绿色生长阶段向红色不动期转变的中间期)→红色不动期→由红色不动期向绿色生长阶段转变期→绿色生长阶段。通过转录组测序发现,绿色生长时期与红色累积阶段相比较,总共有370个Unigene具有差异性,其中绿色时期上调的Unigene有210条,红色累积阶段上调的Unigene有138条;红色累积阶段与红色不动时期相比较,总共有355条Unigene有差异性,其中红色累积阶段上调的Unigene有64条,红色不动期有291条;红色不动期与由红色不动期向绿色泳动期转变阶段总共有238条Unigene有差异性,其中红色不动期有145条Unigene是上调的,由红色不动期向绿色泳动期转变阶段有93条Unigene是上调的。(4)通过对红球藻进行不同浓度的N、P、Fe元素单因素处理,通过转录组测序分析,找到不同元素对红球藻不同生长阶段基因的表达差异。其中,在绿色生长阶段,N浓度为10.3950 mg/L时,与20.790 mg/L相比表达差异基因总数为186条,其中10.3950 mg/L的N元素上调基因数目为70条,20.790 mg/L的N元素上调基因数目为116条。在其他元素及不同生长阶段,对比也得了相应结果。总体表明,不同N、P、Fe元素对基因的表达都存在差异。