由于微藻繁殖速度快、油脂产量高、油脂品质好、易于调控和改造等独特优势，它已成为开发生物燃料的首选原料。但目前微藻生物燃料的生产仍面临许多技术难题，包括优质产油藻株的选育、高效培养系统的设计、规模化培养技术、藻细胞采收和藻油炼制技术的改进等。本文旨在通过一株高产油藻株培养条件的优化，以解决生物质积累与油脂积累之间的固有矛盾，提高该藻的产油效率，并探索合适的培养系统进行放大培养，为实现微藻的高效率、低成本、低能耗的规模化生产提供了理论支撑和技术支持。本研究以高产油的尖状栅藻(Scenedesmus acuminatus)为实验材料，利用光学显微镜，观察了尖状栅藻不同时相的细胞形态和油脂积累变化，发现培养前期尖状栅藻多为4个细胞交叉重叠在一起成定形群体，定形群体两端和中间的细胞细长，呈弯月状，中间的细胞头部与边缘细胞的中部相连，群体中的每个细胞都可进行横向和纵向分裂，对数期细胞分裂速度较快，第6天细胞内开始出现许多小油滴，随着培养时间的延长，定形群体细胞分散成单个，逐渐变圆，油体慢慢变大，数量减少，邻近的油体相互融合成更大的油体，到培养末期，油体占据了细胞的大部分空间。以荧光灯为人工光源(光强为300μmol photons·m-2·s-1)，加富CO2(1%,v/v)的压缩空气为搅拌气体和碳源，利用3.0cm柱状光生物反应器培养尖状栅藻，研究了改良BG-11培养基中初始不同供应浓度的NaNO3(18mM (1.5g·L-1)、9.0mM (0.75g·L-1)、6.0mM (0.5g·L-1)、3.6mM (0.3g·L-1))和CO(NH2)2(9.0mM (0.54g·L-1)、4.5mM (0.27g·L-1)、3.0mM (0.18g·L-1)、1.8mM (0.108g·L-1))对尖状栅藻生物质浓度、总脂含量、脂质组分、脂肪酸组成时相变化的影响。结果发现，生物质浓度随时相的变化不断增加，总脂含量随时相的变化和氮浓度的降低而不断升高，在低氮组获得了最高总脂含量。以NaNO3为氮源时，最大生物质浓度在6.0mM时取得，为9.45g·L-1，最高总脂含量在3.6mM时取得，为细胞干重的62.37%，最高单位体积总脂产率在6.0mM时取得，为0.31g·L-1·d-1；以为CO(NH2)2氮源时，最大生物质浓度在4.5mM时取得，为9.75g·L-1，最高总脂含量在1.8mM时取得，为细胞干重的61.89%，最高单位体积总脂产率在3.0mM时取得，为0.32g·L-1·d-1。上述研究结果表明，尖状栅藻是一株极具潜力的产油藻株，以6.0mM的NaNO3和3.0mM的CO(NH2)2为氮源时，是该藻获得最高油脂产率的最佳培养条件，即两种氮源都是在初始低氮浓度供应条件下取得最高的单位体积油脂产率。通过对尖状栅藻的脂组分分级后发现，在两种氮源条件下，中性脂含量随培养时间的推移和氮浓度的降低不断升高，糖脂和磷脂随培养时间的推移和氮浓度的降低不断减少。以NaNO3为氮源时，在3.6mM时中性脂含量最高，占总脂含量的91.77%，占细胞干重的55.74%，最大的中性脂单位体积产率在6.0mM时取得，为0.276g·L-1·d-1；以CO(NH2)2为氮源时，在1.8mM实验组中性脂含量最高，占总脂含量的92.56%，占细胞干重的55.59%，最大的中性脂单位体积产率3.0mM时取得，为0.278g·L-1·d-1，该藻单位体积总脂产率和中性脂产率在同一浓度处达到最高，且两者产率接近，说明油脂的积累主要为储藏性中性脂类，即三酰甘油(TAG)。尖状栅藻不同时相的脂肪酸样品经气相-质谱(GC-MS)联用仪分析表明，该藻的主要脂肪酸组成为棕榈酸(C16:0)、油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)，三种脂肪酸含量占到总脂肪酸的76%~86%，饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸的总含量为80%左右，且随时相的变化和氮浓度的降低不断增加，该藻所积累的这些脂肪酸是生产生物柴油的理想原料。室内条件下，以荧光灯为人工光源(光照强度为300μmol photons·m-2·s-1)，利用平板光生物反应器对尖状栅藻进行放大培养，结果发现，最高生物质浓度在6.0mM的NaNO3和4.5mM的CO(NH2)2时取得，分别为5.71g·L-1和5.82g·L-1，最高总脂含量在3.6mM的NaNO3和1.8mM的CO(NH2)2条件下取得，分别为细胞干重的55.13%和62.93%，最高单位体积总脂产率在6.0mM的NaNO3和1.8mM的CO(NH2)2时取得，分别为0.16g·L-1·d-1和0.17g·L-1·d-1，研究结果表明利用平板光生物反应器进行尖状栅藻的培养时，由于平板光生物反应器中单位细胞所接受的光强低于柱状光生物反应器中单位细胞所接受的光强，从而表现出相同外部光照强度下，其生物量有所下降。通过对尖状栅藻异养培养的进一步研究，发现该藻完全能够适应黑暗条件进行异养生长。该藻异养培养时所需的最佳碳源为葡萄糖，最适浓度为50g·L-1，最佳氮源为酵母提取物，最适浓度为2.70g·L-1。在最适葡萄糖和酵母提取物浓度下异养培养时所获得的最大生物质浓度达24.79g·L-1，是自养培养时的2.6倍。生化组成分析发现，异养条件下，尖状栅藻的代谢途径发生改变，其中总碳水化合物的含量最高，成为藻细胞的主要组分，最高含量占细胞干重的58.16%，最高产率为1.05g·L-1·d-1；但总脂含量显著减少，最高含量只为细胞干重的30.93%，而此时总脂产率为0.64g·L-1·d-1，是自养培养的2倍，表明异养培养能促使该藻生物量和碳水化合物的积累，且最终单位体积总脂产率仍高于光合自养培养。该研究为生物柴油开发提供了一株优良的藻种来源，在生物质与油脂积累之间取得了最佳平衡点，获得了该藻的最高油脂产率，并首次对尖状栅藻进行异养培养，为该藻的工业化生产提供了重要的参考依据，具有较高的应用价值。