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微藻富含油脂、易于培养、生长周期短,可作为功能食品、饲料添加剂的替代来源。然而,培养过程中存在生物质浓度低、规模化培养难、收获耗能高、新鲜水消耗大、特定多不饱和脂肪酸含量低等问题,导致微藻生物质及其组分成本高,限制了其商业化应用。本论文以湛江等鞭金藻、假微型海链藻和聚球藻7002为研究对象,对微藻培养条件优化、光生物反应器设计、生物絮凝收获和絮凝上清再利用、基因工程蓝藻产不饱和脂肪酸等进行探索研究。(1)湛江等鞭金藻和假微型海链藻的优化培养。探讨了培养方式、光强和NaN03浓度对微藻生长和产物积累的影响以及培养过程中氮消耗与微藻生长间的关系。结果表明,湛江等鞭金藻和假微型海链藻生长越快,对氮的吸收越多,兼养较光自养和光异养消耗更多的氮以满足生长需要。充足的氮源和兼养培养时,蛋白质积累较多;NaN03浓度较低时,油脂积累较多。综合考虑油脂产率和节约资源等因素,湛江等鞭金藻最佳油脂产率80.06mg/L/d 在光强为 100μmol/m2/s、NaN03 浓度为 375mg/L、兼养培养条件下获得。光强为100μmol/m2/s,NaN03浓度为375mg/L,兼养培养,以更新率35%、更新周期1 d进行半连续培养湛江等鞭金藻生物量产率最大为344.40 mg/L/d。此时湛江等鞭金藻多不饱和脂肪酸占总脂肪酸含量的30.82%左右,是生产作为营养品的微藻油脂的合适条件。对假微型海链藻而言,生产油脂的最佳培养条件为:光强为200μmol/m2/s,NaNO3浓度为375mg/L,光自养培养,以更新率为25%,更新周期为1d进行半连续培养,油脂产率最大为52.47 mg/L/d,对应的生物量产率为 227.18 mg/L/d。(2)光生物反应器设计及微藻培养性能研究。设计了柱式和平板式两种光生物反应器。与柱式光生物反应器相比,平板式光生物反应器中培养微藻时可获得更高的生物量产率(228.89 mg/L/d)和油脂产率(83.34 mg/L/d),表明平板式光生物反应器利于微藻生长和油脂积累。利用平板式光生物反应器,在锥形瓶最高油脂产率对应的分批培养条件下培养湛江等鞭金藻,所得生物量产率(342.83 mg/L/d)、油脂产率(77.96 mg/L/d)和脂肪酸组成结果与锥形瓶实验相近。利用平板式光生物反应器培养假微型海链藻,分批培养假微型海链藻的生物量产率(170 mg/L/d)和油脂产率(41.48 mg/L/d)同样与锥形瓶小试结果相近。且平板式光生物反应器光照比表面积大、溶氧易释放,造价低,可简单地通过增加反应器的长度扩大规模,适合室外大规模培养。(3)微藻收获和絮凝上清循环利用。单独升高pH值絮凝湛江等鞭金藻效果不理想,pH值12,沉降12 h,絮凝效率仅为40%左右;假微型海链藻本身具有自絮凝特性,pH=10,沉淀1h,絮凝效率达到80%以上。以假微型海链藻作为生物絮凝剂絮凝难以自絮凝的湛江等鞭金藻,当藻液混合比为2:1,pH值为10,沉淀时间3h,絮凝效率可达90%。利用壳聚糖为絮凝剂收获湛江等鞭金藻时,在pH值为5、壳聚糖浓度为25 mg/L、絮凝30 min,絮凝效率最高为90%。絮凝上清的循环利用可减少新鲜水消耗。在絮凝上清中重新添加营养物质培养湛江等鞭金藻,结果显示,假微型海链藻作为絮凝剂时,絮凝上清重复使用2次以后,生物量产率明显下降;而壳聚糖作絮凝剂,絮凝上清重复利用3次,生物量产率(246.67 mg/L/d)和油脂产率(84.90mg/L/d)略高于在新鲜培养基中获得的结果。(4)在聚球藻7002中表达长链不饱和脂肪酸合成酶相关基因。为获得富含长链不饱和脂肪酸的转基因聚球藻7002藻株,构建了 Syd6D,Syd15D,Syd6Dd15D 和 pSDPcE6-glnA、pSDTpD5D-glnA 和 pSDPcE6TpD5D-glnA等重组载体,通过同源交换在聚球藻7002中成功表达△15脂肪酸脱氢酶和集胞藻6803 △6脂肪酸脱氢酶基因,分别获得了 α-亚麻酸(q-linolenic acid,ALA),γ-亚麻酸(γ-linolenicacid,GLA),和十八碳四烯酸(stearidonic acid,SDA)含量较高的转基因藻株。与野生型聚球藻7002相比,A15脂肪酸脱氢酶基因的过量表达导致在聚球藻积累5.4倍的α-亚麻酸,而表达△6脂肪酸脱氢酶基因产生大量GLA和微量SDA。A15和△6脂肪酸脱氢酶基因的共表达导致GLA的低水平积累,SDA占总脂肪酸的比率多达11.64%。