自然环境中不同物种之间的相互作用十分普遍。利用微生物之间的相互作用可达到提高废水处理、污染物降解效率的目的。一些微藻和酵母的人工组合在同一培养体系中可表现出动态的互利关系。目前,微藻-酵母共培养的研究主要集中在工艺优化方面,两物种之间相互作用机制尚不明确。本研究以小球藻和产油酵母为研究对象,筛选出具有协同作用的最佳组合,再利用代谢组学和转录组学等分析手段阐明共培养体系中两种微生物的相互作用机制。随后以木薯渣水解液为底物对其强化单细胞油脂生产进行了系统研究。主要研究内容如下:（1）采用共培养体系对几种小球藻及产油酵母的不同组合进行了综合评价,并验证了最优组合之间协同效应关系。结果表明,以起始接种密度比为3:1共培养的蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）和粘红酵母（Rhodotorula glutinis）组合,相对于其他组合而言共生关系更加稳定,且生物量及油脂产率显著提高（p<0.05）。与单培养相比,共培养体系葡萄糖的消耗率及不饱和脂肪酸占总脂肪酸的比例显著提高。在溶解氧及pH调节方面,上述微藻和酵母均表现出协同作用。（2）对筛选出的蛋白核小球藻-粘红酵母组合进行非接触式共培养,评价了两种微生物之间的相互作用对各自细胞生长及油脂积累带来的影响;基于GC/TOF-MS非靶向代谢组学研究了共培养体系中两物种胞内小分子代谢物谱的整体变化。结果表明,共培养体系中粘红酵母（R.glutinis）的细胞数量、中性脂荧光值显著高于单培养,且观察到更多的脂滴。与单培养相比,共培养中粘红酵母细胞内长链脂肪酸酸合成途径显著上调,与应激反应、防御抵抗以及调节渗透相关的肌醇、海藻糖、阿拉伯醇等代谢物丰度也显著上调。另一方面,共培养中蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）叶绿素荧光更高,与之相对应的中间产物叶绿醇的丰度也显著上调。谷胱甘肽代谢相关的代谢物显著上调,以应对环境压力。（3）采用基于GC/TOF-MS的非靶向代谢组学分析研究了蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）和粘红酵母（R.glutinis）在非接触共培养中胞外代谢物谱变化规律。通过建立Biplot、SUS-plot统计模型结合单变量分析筛选出了具有重要意义的差异性代谢物（biomarkers）,并对其生物学意义进行了分析和验证。结果表明甘油、丙酮酸、琥珀酸及水杨苷等四种代谢物只存在于共培养胞外环境中,而未在粘红酵母或蛋白核小球藻的单培养中检测到。十种分泌物存在于单培养环境中且共培养中该物质的丰度显著上调。包括色氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、泛酸、草酸、吲哚乙酸等。通过吲哚乙酸反加实验验证了其对粘红酵母（R.glutinis）的促生长作用。（4）基于转录组测序技术分别对蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）和粘红酵母（R.glutinis）共培养前期的基因转录水平进行了全局性监测。蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）响应共培养环境,可引起色氨酸及吲哚乙酸合成、卟啉和叶绿素代谢、泛醌和其他萜烯类醌的生物合成等生物学过程中相关酶的调控基因显著上调。粘红酵母（R.glutinis）响应共培养体系,可上调细胞内参与糖酵解、丙酮酸代谢及三羧酸循环等相关酶的基因表达水平,为脂肪酸的积累提供更多的碳骨架及能量。脂肪酸合成和延伸途径中关键酶的相关基因差异性表达。硬脂酸甘油酯去饱和酶（stearoyl-CoA desaturase）的相关基因表达水平剧烈上调（FC>20）,说明共培养条件下粘红酵母（R.glutinis）可通过合成更多不饱和脂肪酸来响应与蛋白核小球藻之间的相互作用。（5）研究了蛋白核小球藻（C.pyrenoidosa）和粘红酵母（R.glutinis）共培养体系对非脱毒木薯渣水解物底物的微生物油脂生物转化能力。与单培养相比,共培养体系可得到更高的生物量(20.37±0.38 g L^-1)和油脂产量(10.42±1.21 g L^-1)。进一步采用补料分批培养,共培养体系的生物量和油脂产量分别提高到31.45±4.93 g L^-1和18.47±3.25 g L^-1。两种微生物对木薯渣水解液中的一些副产物均表现出高耐受性,且共培养体系可增强对有毒副产物的降解。