雨生红球藻是生产优质虾青素的最佳生物来源。目前应用的两步法生产工艺是根据雨生红球藻生活史特征形成的，即以最优化保证细胞增殖的绿色细胞培养阶段以及以最优化保证虾青素生产的虾青素累积培养阶段。光照在这两个阶段中起到决定性作用，其中，不同波长的光质在两个阶段产生不同的甚至互逆的影响。但是，这种影响的生物学机制还远未解明，从而阻滞了实际生产中的技术进步。本研究分析了两个主要阶段中微藻在光合作用有效光区不同波长光质影响下的生物学、生理生态、生化特征变化，以期为生产工艺进步提供基础理论参考。通过分解日光灯光源获得红色和蓝色光区，研究了分解光对雨生红球藻绿色细胞增殖和虾青素产量的影响、过程中的微藻光合生理变化以及脂组变化、与营养盐消耗的关系以及细胞超微结构变化。从生理、生化代谢和细胞结构几个方面解析雨生红球藻生产虾青素全过程中的光作用机制。主要的研究结果如下：　　1、分解光有利于雨生红球藻绿色细胞生长和虾青素累积不同阶段。红光能促进雨生红球藻绿色细胞增殖，获得更多的藻细胞数，高出白光组10.6％。红、蓝光可提高单位细胞的干重。此外，红光有利于藻粉产量的提高，高出白光组32.5%，但对虾青素的累积无明显促进作用；蓝光对提高藻粉产量的促进作用不明显，但有利于虾青素的累积，比白光组提高11.4%。此现象表明蓝光中的短波长光对绿色细胞的增殖存在胁迫作用，而长波长的红光可弱化这种胁迫，但短波蓝光可促进次生代谢产物的积累。　　2、绿色细胞在红光作用下的生理生化反应和细胞超微结构变化。红光下，雨生红球藻对氮、磷的消耗较快，培养液中的氮磷浓度比始终保持较平衡状态，略下降；相比白光，红光组细胞的最大光能转化效率 Fv/Fm较大，具有较高的潜在光能转化效率；培养期间，红光组细胞的Chla/β-Car变化程度较白光组小，Chla/Chlb较白光组低，具有阴生植物的特性；通过观察平台期细胞的显微结构发现红光组藻细胞的叶绿体排列整齐，分布较窄，具有占细胞较大体积的蛋白核；脂组分析显示，红光组藻细胞的四种光合膜脂单半乳糖甘油二酯 MGDG、双半乳糖甘油二酯DGDG、硫代异鼠李糖甘油二酯SQDG和磷脂PG较白光组减少，三酰甘油TAG和二酰甘油DAG增加，磷脂酰肌醇PI减少，磷脂酰胆碱PC增加。说明红光下，绿色藻细胞虽含有较少的叶绿体，但能通过提高光合色素的比例从而有效地利用长波长的红光，提高对氮磷的吸收速率，将无机碳转化为有机化学能。红光下叶绿体排列整齐并且蛋白核显著增大，可能是微藻在光合膜脂降低的情况下进行补偿以获得高光合效率。　　3、虾青素累积阶段对蓝光的生理生化反应和细胞的超微结构变化。平台后期，蓝光组藻细胞的叶绿素荧光参数实际光能转化效率ΦPSⅡ、相对电子传递效率ETR和光化学猝灭qP水平都较低，但大于白光组，Fv/Fm和非光化学猝灭NPQ基本相同，Fv/Fm有上升趋势；相比白光，平台后期蓝光组的Chla/β-Car下降幅度较大，Chla/Chlb也下降但其值大于白光组，具有阳生植物的特性；显微结构观察发现，蓝光组藻细胞比白光组含有较多油滴，分布较广，淀粉粒较少且分布较集中；脂类代谢分析显示，蓝光组藻细胞的三种光合膜脂 MGDG、SQDG和PG相比白光组减少；TAG、DAG和PC增加；甜菜碱1,2-二酰基甘油-O-4’-(N,N,N-三甲基)高丝氨酸DGTS、1,2-二酰基甘油-3-0-援羟甲基胆碱DGCC和PI减少。实验现象表明蓝光中短波长的光对藻细胞产生的胁迫程度较大，藻细胞通过积极调动胞内的信号传导途径促进抗逆代谢产物的积累。　　4、雨生红球藻在红光下的生长及营养盐消耗特征。实验设置了50-90μmol/m2·s五个光强梯度，藻细胞均能快速生长，70、80和90μmol/m2·s三实验组较50、60μmol/m2·s两组提前2d进入平台期，但各组之间的藻粉产量差异不显著。通过检测叶绿素荧光参数Fv/Fm发现光强为50、60μmol/m2·s时，藻细胞的生长状态更佳。细胞增殖过程中，光合荧光参数ΦPSⅡ、qP、ETR与细胞增殖周期一致，没有显著差异。红光下，一次培养中，Fv/Fm、NPQ则随着细胞密度的上升而下降，随着细胞密度下降而上升，且发生变化的拐点与营养盐胁迫造成细胞数量下降的时间点基本一致。进一步研究红光下初始氮磷营养盐浓度对雨生红球藻生长的影响，用不同初始氮磷浓度（氮磷比10:1，重量比）的培养液接种细胞，较高浓度的氮磷条件（45/4.5-130/13）比较低浓度的氮磷条件（15/1.5-20/2 mg/L）有利于提高批次培养后的细胞终产量。但初始高浓度氮磷下，接种初期细胞受到胁迫，相对增长速率小；氮磷消耗率低，后期浓度维持高位；藻细胞指数生长延迟，培养周期变长。红光下，最优化的氮磷接种浓度为45/4.5 mg/L，最大藻细胞密度为4.2×105cells/mL。