类胡萝卜素是一类重要的光合色素,具有多种生理功能、营养功效和较高的商业价值。虾青素是一种具有强大抗氧化活性的类胡萝卜素,因对人类和动物的众多健康益处而闻名。市场对于天然虾青素等类胡萝卜素的需求量逐年加大,目前产量已不能满足市场的需求,如何提高生物体内类胡萝卜素的合成能力也成为了当前的研究热点之一。莱茵衣藻是一种单细胞真核绿藻,其遗传背景清晰、生长迅速、基因操作成熟、且含有相对完整的类胡萝卜素生物合成途径,因此可望被改造成生产虾青素、β-胡萝卜素及其他色素的理想生物反应器。但衣藻细胞内的部分关键酶基因如β-胡萝卜素酮化酶基因bkt及β-胡萝卜素羟化酶基因crt Z表达活性低下,导致莱茵衣藻无法大量生产虾青素等类胡萝卜素。本实验通过在莱茵衣藻中引入并高效表达类胡萝卜素生物合成途径中虾青素合成的限速酶基因,并进行单、多因素胁迫处理等方法来提高莱茵衣藻中虾青素及其他类胡萝卜素的含量。主要结果如下:（1）利用实验室保存的雨生红球藻β-胡萝卜素酮化酶基因bkt、HSP70ARBCS2启动子、RBCS2终止子以及含有雨生红球藻β-胡萝卜素羟化酶基因crt Z表达盒的载体成功构建出了同时含有外源bkt基因及crt Z基因表达盒的莱茵衣藻表达载体p64DBKT。（2）利用玻璃珠研磨法将载体转化衣藻,对转化条件进行探索后,确定了最佳转化条件为:涡旋时间35 s、质粒量5μg、抗生素筛选浓度为75μg/m L。（3）经抗性筛选,成功得到衣藻转化子BZ3,通过PCR及RT-PCR等方法鉴定,证实bkt及crt Z基因已整合到转化子基因组中,并获得了稳定表达。（4）对野生型衣藻WT及转化子BZ3进行了培养条件的优化,确定在光照强度为4500 lx时,上述两种衣藻生长状态良好,生物量较高,为其正常培养时的最适光照强度;同时发现外源基因的转入并未影响衣藻的生长。（5）利用HPLC及紫外分光光度计对最适生长条件下培养的野生型衣藻WT及转化子BZ3的类胡萝卜素含量进行检测分析。结果表明BZ3中虾青素含量最高值达到了1.46±0.12 mg/g FCW（Fresh cell weight,细胞鲜重）,是同等条件下WT的2.03倍;β-胡萝卜素最高含量为126.82±7.58μg/g FCW,是WT的3.76倍;总类胡萝卜素的含量最高达到了0.58±0.04 mg/g FCW,是WT的1.35倍。说明外源bkt基因及crt Z基因在衣藻内获得了表达,并对其类胡萝卜素的合成与积累产生了积极的作用。（6）分别对衣藻WT及BZ3进行了高光、高盐、缺氮的单、多因素胁迫处理,以探索提高类胡萝卜素含量的最佳胁迫条件。实验结果表明,在单、双及三因素胁迫条件下,BZ3中的类胡萝卜素含量始终高于同等条件下培养的WT。其中BZ3在三因素胁迫条件（盐浓度为0.3 M）下虾青素及总类胡萝卜素同时得到显著积累,经过1天胁迫后虾青素含量最高达到了2.61±0.14 mg/g FCW,是同等条件下WT的1.78倍;总类胡萝卜素含量达到最高积累量0.93±0.04 mg/g FCW,是WT的1.82倍。同时在此胁迫条件下,BZ3中虾青素与总类胡萝卜素的最高产量分别达到了18.27±1.01 mg/L与7.44±0.32 mg/L。此外,BZ3在高盐（盐浓度为0.2 M）高光的双因素胁迫培养条件下,其细胞内β-胡萝卜素积累效果较好,在胁迫第2天达到最大值182.09±11.88μg/g FCW,是相同条件下WT的3.11倍,此条件下β-胡萝卜素的最高产量为1.38±0.09 mg/L。在本研究中,高光、缺氮、高盐（0.3 M）的三因素胁迫条件被认为是转基因衣藻BZ3积累虾青素及总类胡萝卜素的最佳胁迫条件;高光、高盐（0.2 M）的双因素胁迫条件为衣藻转化子BZ3积累β-胡萝卜素的最佳胁迫条件。本实验通过转基因技术成功将雨生红球藻β-胡萝卜素酮化酶基因bkt及羟化酶基因crt Z整合到衣藻基因组中并得到稳定表达。外源关键酶基因的转入使衣藻细胞内的虾青素等类胡萝卜素的含量升高,同时单、多因素胁迫处理促进了衣藻内类胡萝卜素的合成与进一步积累,使虾青素、β-胡萝卜素、总类胡萝卜素含量在衣藻细胞中同时得到显著提高。本研究结果为探索衣藻细胞内虾青素与其他类胡萝卜素的代谢途径提供了理论线索,也为其商业化开发奠定了基础,可望使莱茵衣藻成为经济而高产虾青素及其他类胡萝卜素的新兴生物反应器。