类胡萝卜素是由许多微生物(例如微藻,真菌和细菌)产生的重要天然色素。其中,β-胡萝卜素和番茄红素是两种最广泛使用的颜料,在化妆品,药物和营养保健产品中被广泛应用。杜氏盐藻是一种真核微藻,可以在高盐环境中繁殖和生长,并能够产生主要由β-胡萝卜素组成的色素。杜氏盐藻能够在高盐和高光条件下生存,在渗透胁迫条件下产生甘油并在高光下积累β-胡萝卜素。在杜氏盐藻中积累的β-胡萝卜素可达到藻细胞干重的14%。高盐度、高光照强度和营养缺乏等环境胁迫是导致盐藻中β-胡萝卜素积累的最有效的环境因素。β-胡萝卜素的合成也受到类胡萝卜素生物合成酶的表达和活性水平的调节。杜氏盐藻在生长条件下产生的胡萝卜素较少,二苯胺会抑制β-胡萝卜素羟化酶,该酶控制着β-胡萝卜素向玉米黄质转化的关键步骤。本研究以CCAP19/18和B01两种工业杜氏盐藻藻株为材料,分别从澳大利亚的海水和内蒙古高原的盐湖中分离出来的两种野生型藻株。这两种藻株应用于本地β-胡萝卜素的工业生产。本研究首先对其生长培养条件进行优化以达到单位体积内藻最大细胞浓度和最佳生长速率。其次,本研究分别对两种藻株分别实施氮胁迫和添加生物抑制剂二苯胺来探究藻细胞生长和β-胡萝卜素的积累机制。最后,本研究通过紫外线照射和二苯胺筛选以获取优于野生藻株β-胡萝卜素积累的藻株群体。主要研究结果如下:(1)将杜氏盐藻以相同的细胞浓度分别接种于ATCC培养基、缺维生素B12的ATCC培养基和添加螯合铁溶液的ATCC培养基中,结果发现维生素B12不是杜氏盐藻CCAP19/18和B01生长的必需组分,而螯合铁是杜氏盐藻CCAP19/18和B01生长的必需组分。通过正交试验将ATCC培养基的其他组分进行优化,其中最适合杜氏盐藻CCAP19/18生长的ATCC培养基中Na2C03浓度为1.5 g/L,NaCl浓度为70 g/L,pH值为8;最适合杜氏盐藻B01生长的ATCC培养基中Na2C03浓度为2 g/L,NaCl浓度为90 g/L,pH值为7.5。(2)为了探究氮元素对杜氏盐藻的生长和β-胡萝卜素积累的影响,将杜氏盐藻以相同的细胞浓度分别接种于ATCC完全培养基和缺氮培养基中,结果发现在缺乏氮元素培养的条件下,杜氏盐藻从细胞的生长转为β-胡萝卜素的积累,杜氏盐藻CCAP19/18的β-胡萝卜素积累量由2.17 μ9/108个细胞增长到3.29 μg/108个细胞;杜氏盐藻B01的β-胡萝卜素积累量由2.19 μg/108个细胞增长到3.25 μg/108个细胞。(3)探究了二苯胺对杜氏盐藻生长和β-胡萝卜素积累的影响,发现20 μ1g/mL的二苯胺抑制杜氏盐藻CCAP19/18的生长,在二苯胺浓度为50 μg/mL时该藻株积累β-胡萝卜素的含量最高,达到5.0 μg/108个细胞。与之相比,20 μtg/mL二苯胺同样会抑制杜氏盐藻B01的生长,在二苯胺浓度为100 μg/mL时该藻株积累β-胡萝卜素的含量最高,达到26 μg/108个细胞。(4)探究了紫外诱变对杜氏盐藻的影响,被紫外照射2min的杜氏盐藻CCAP19/18与野生型杜氏盐藻CCAP19/18藻株相比,藻细胞耐受二苯胺浓度提高至20 lμg/mL,该条件下积累β-胡萝卜素含量达到1.383 μg/106个细胞。通过以上研究结果和基于工业生产的需要,本研究首先筛选出了适合杜氏盐藻CCAP19/18和杜氏盐藻B01用于工业生产的最佳培养基质和最佳培养条件;其次,工业生产中建议采用二步生产法,即先采用适用于杜氏盐藻细胞生长的最佳培养条件,当藻细胞浓度达到最大时,再进行二步缺氮培养或添加二苯胺的方法对杜氏盐藻进行诱导以促进β-胡萝卜素的积累,以达到单细胞内最大β-胡萝卜素的产率。为了筛选出优于野生藻株的变异微藻,后续实验应该对以上诱变和筛选条件下的藻株进行进一步的筛选和β-胡萝卜素积累机制的探究,找出拥有优势表型的藻株并确其认变异基因与变异位点。