虾青素超强的抗氧化性赋予了其突出的生理功能,尤其在提高免疫力、清除自由基、活性氧等方面作用显著,其在食品、化妆品、药品等方面具有广泛的应用价值和前景。雨生红球藻是目前被认为生产虾青素较为理想的生物来源。所以,关于提高雨生红球藻的生物量以及细胞内虾青素积累量的研究具有重要的意义。本研究在阐明的虾青素合成通路的基础上,研究了合成途径中的三个重要底物:番茄红素、β-胡萝卜素、玉米黄素对雨生红球藻的生长及其积累虾青素的影响,并对其作用机制进行了初步分析。研究结果表明,不同浓度植物色素对雨生红球藻的生长具有不同程度的影响,番茄红素浓度为0.5 mg/L时,效果最佳,680 nm的吸光值为0.701,细胞密度达到6.25×10~5个/mL,相比对照组提高了8.51%。l.0 mg/L的处理组次之,吸光值为0.672,细胞密度为6.01×10~5个/mL。β-胡萝卜素添加浓度为1.0 mg/L时,效果最佳,680 nm的吸光值为0.705,细胞密度达到6.57×10~5个/mL,相比对照组提高了9.03%。玉米黄素处理过的雨生红球藻通常提前至第7天进入稳定期,相比对照组提前3天。在比较第10天的细胞密度发现,1.0 mg/L的玉米黄素对雨生红球藻的生长最为有利,吸光值为0.669,细胞密度达到5.98×10~5个/mL,相比对照组提高了3.81%。添加不同植物色素对虾青素积累的影响研究结果表明,当番茄红素的添加量为0.5mg/L时,对雨生红球藻积累虾青素的作用最为明显,较对照组增加了88%。1.0mg/L的β-胡萝卜素处理组效果最为明显,处理第15天时,该处理组虾青素含量为18.817 mg/L,比对照组提高了71.37%。玉米黄素对于雨生红球藻累积虾青素的实验结果表明,其对虾青素产量影响不显著。对外源添加色素影响虾青素积累的作用机制进行研究,选取了在虾青素合成通路中与植物色素有关的三个关键酶,并对实验组和对照组的关键酶基因表达量水平进行检测。诱导条件下,雨生红球藻虾青素的大量合成经常伴随着虾青素合成相关基因转录水平的高表达。用qRT-PCR的方法测定0.5 mg/L番茄红素和1.0 mg/Lβ-胡萝卜素诱导的雨生红球藻虾青素相关合成基因相对表达水平。在高光照、高温诱导条件下,实验组的虾青素合成相关基因bkt、lcy、CrtR-B均出现了较高表达。该实验对不同植物色素浓度条件下β-胡萝卜素酮化酶、β-胡萝卜素羟化酶、番茄红素β-环化酶编码基因表达量的测定结果表明,bkt、lcy、CrtR-B基因表达量的高低与虾青素的合成有着直接的联系。这说明一定浓度的植物色素可以通过改变代谢过程关键酶基因的表达进而调控虾青素的积累。该研究初步揭示了可以通过外源添加植物色素的方式,可以改善雨生红球藻生长状况,提高其应激条件下的虾青素累积量,为开展大规模养殖及虾青素生产,提供了新思路。