螺旋藻有丰富的营养价值,是全球大规模工业化养殖的微藻之一。然而,螺旋藻的养殖需要大量的高盐度培养液,生产1 t干藻粉需要消耗1000～2000t水。若能循环利用螺旋藻的培养液,不仅可以减少水资源和未消耗无机营养盐的浪费,而且还降低了废液的处理成本。但是,现有的研究表明螺旋藻在生长过程中会释放对自身生长有抑制作用的藻类有机物（algal organic matter,简称AOM）。因此,消除AOM的负面影响是螺旋藻培养液循环利用的前提。目前针对藻类循环培养液的处理工艺有混凝沉淀、活性炭吸附、高级氧化等。混凝沉淀和活性炭吸附都存在二次污染和无机营养盐流失的风险,而高级氧化的处理成本过高,难以实现大规模工业应用。超滤技术近几年发展迅速,能够对水体中的不同分子量的有机物进行有效去除,不会引入二次污染并且可以保留原来的无机盐成分。本课题选用极大螺旋藻（Spirulina maxima）为实验藻种,应用不同截留分子量的超滤膜处理螺旋藻循环培养液,进行螺旋藻长周期的循环培养,基于螺旋藻的生长情况变化,评估超滤提高螺旋藻培养液可循环性的效果并进一步探究其机制。本课题以新鲜培养液为基础,观察螺旋藻生长规律,优化培养条件,确定营养盐补加方案,研究螺旋藻培养液直接回用对螺旋藻生长的负面影响,分析培养液中的AOM的性质,为后续螺旋藻循环培养奠定基础。螺旋藻培养过程中控制初始接种浓度,即光密度值(OD₅₆₀)为0.3,并在第8天进行收获。未经处理的培养液会残留短藻丝螺旋藻和AOM,直接回用会影响螺旋藻生物量、藻丝长度、收获率和胞内成分。分析AOM及其主要成分,结果发现其分子量分布较广。将螺旋藻的培养液分别通过100、30、10、5和1 k Da超滤处理和微滤处理,对螺旋藻进行连续五次循环培养。实验结果表明,微滤组中AOM的积累,会抑制螺旋藻的生物量和藻丝长度,影响收获率,减少胞内叶绿素a、藻蓝素、油脂和蛋白质的合成,而增加胞内多糖的积累,这一现象表明螺旋藻受到外界环境的胁迫作用。各超滤组中螺旋藻的生长有不程度的恢复,超滤处理后的循环培养液对螺旋藻胁迫作用减少。综合对比各组螺旋藻循环培养的效果,其结果为:10 k Da超滤组>5 k Da超滤组>1 k Da超滤组>30 k Da超滤组>100 k Da超滤组>微滤组。基于各组长循环培养结果,进一步探究超滤提高螺旋藻培养液可循环性的机制。对各组培养液处理前后的DOC（Dissolved Organic Carbon）、蛋白质和多糖含量变化进行分析,总结发现截留分子量越小的超滤膜对AOM的控制效果越好;大分子的AOM可能抑制螺旋藻生长,而分子量在1～10 k Da的AOM的存在可能促进螺旋藻的生长;大分子量的多糖对螺旋藻生长有一定的抑制作用,而一定量的小分子多糖可能促进螺旋藻生长;蛋白质对螺旋藻生长没有明显的抑制或促进作用。对各组处理前后培养液进行三维荧光光谱监测,应用平行因子模型方法（EEM-PARAFAC）进行分析,结果发现循环培养液中主要有三种荧光组分,C1属于腐殖酸类物质,C2属于富里酸类物质,C3属于蛋白质类物质;大分子量的C1可能对螺旋藻生长有一定的抑制作用;C2对螺旋藻生长影响不大;C3组分相对含量变化结果和蛋白质的定量监测结果基本一致。对比各组循环培养过程中螺旋藻胞内超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量变化,发现AOM的积累（特别是大分子量部分）会引起螺旋藻胞内的氧化应激反应并造成一定的氧化损伤,从而影响螺旋藻的生长。超滤处理通过去除一定的AOM,缓解外界环境对螺旋藻的氧化胁迫作用,使螺旋藻逐渐适应培养环境,从而提高螺旋藻培养液的可循环性。