本文以斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)为研究对象，对藻细胞内次生类胡萝卜素的积累与虾青素的合成进行了分析，并对次生类胡萝卜素的合成与代谢两个过程中细胞形态、结构与生理等变化进行了研究，探讨了虾青素在细胞内的功能。主要研究结果如下：　　 通过两步法培养斜生栅藻可以诱导类胡萝卜素的大量积累，具体的诱导条件包括：氮浓度0.75g/L，光照强度180μmol·m-2·s-1，温度为35℃，盐浓度为0.4g/L，pH值保持在7。HPLC-MS和TLC分析表明，斜生栅藻细胞内类胡萝卜素成分包括叶黄素、新黄素等初生类胡萝卜素和海胆酮、角黄素、3-羟基海胆酮、金盏花黄素、金盏花红素和虾青素等次生类胡萝卜素。细胞内虾青素的合成途径从β-胡萝卜素开始，经海胆酮转化为角黄素或3-羟基海胆酮，角黄素再转化为金盏花红素；3-羟基海胆酮可以转化为金盏花红素或金盏花黄素；金盏花红素和金盏花黄素最终转化为虾青素；共有3条合成途径。在虾青素的合成过程中，叶绿素、叶黄素和新黄素含量下降，且叶绿素的含量与虾青素的含量的变化呈负相关关系。　　 胁迫条件去除后，细胞内色素组成也发生变化。次生类胡萝卜素发生水解，虾青素单体消失，仅能检测到虾青素酯；包括海胆酮、角黄素和金盏花红素在内的虾青素的一系列前体物质都发生了水解。叶绿素和叶黄素等初生类胡萝卜素重新成为色素的主要成分。根据实验结果推断虾青素在代谢过程中有三种去向：一是部分被酯化，生成虾青素单酯或双酯；二是随大部分次生类胡萝卜素一起被藻细胞以某种方式重新利用：三是沿着类似叶黄素循环的路径，反向合成叶黄素参与光合作用。　　 在细胞合成虾青素的过程中，细胞的光合生理发生了很大变化。光合速率48小时内从39μmol·O2·mg-1chla·h-1降至5.21μmol·O2·mg-1chla·h-1；叶绿素荧光强度由初始的0.72下降至0.26：而细胞的呼吸速率却显著升高，由18.24μmol·O2·mg-1chla·h-1升高到了38.40μmol·O2·mg-1chla·h-1。试验结果表明，随着胁迫的继续，光合活性进一步下降；但是当实验条件改变，胁迫去除后，细胞的光合活性均发生逆转。伴随着次生类胡萝卜素的水解，细胞的光合速率在72小时内恢复到54.0μmol·O2·mg-1chla·h-1，甚至高于胁迫初始的水平；叶绿素荧光强度也恢复到了0.64；细胞的呼吸速率剧烈降低，仅为3.98μmol·O2·mg-1chla·h-1。这两个过程中细胞光合活性的变化表明次生类胡萝卜素及虾青素对细胞具有光保护作用，能够通过屏障作用降低光合活性以抵御高光照的损伤。　　 对细胞光镜和电镜观察的显示，细胞形态和结构都发生了显著的变化。正常生长的斜生栅藻主要是由4个或8个细胞组成定型群体，细胞呈纺锤形。在次生类胡萝卜素积累的过程中，单个或两个细胞的群体增加，细胞开始变为圆形或椭圆形；细胞颜色也由绿色变为黄色或褐色。细胞的超微结构最大的变化是脂肪体大量形成，并逐渐占据了细胞内的大部分空间；细胞核、叶绿体等细胞器均被脂肪体包裹起来，并转移到细胞中心或一侧。在整个过程中，叶绿体及类囊体结构、形态均保持完整。这种形态改变是可逆的，随着脂肪体的水解，细胞形态与结构逐渐恢复常态。这种变化也表明次生类胡萝卜素对细胞器尤其是叶绿体具有物理保护作用。　　 藻细胞在积累次生类胡萝卜素的同时，生长和增殖都受到影响。实验结果表明，受到胁迫的细胞干重在48小时内升高了18.9％，高于同期正常生长的细胞；细胞内蛋白质和RNA含量均出现不同程度的下降，并显著低于同期正常生长的细胞，表明生长受到抑制；细胞计数结果和细胞内DNA含量均出现下降，且低于对照组的细胞。当条件改变、次生类胡萝卜素水解发生后，这些生理过程都随之恢复。这些结果表明，细胞的正常分裂和增殖受到胁迫条件的抑制，细胞体积增大、干重增加，这与次生类胡萝卜素的大量累积有密切关系。