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微藻因生长速率快、油脂含量高及不占用农业耕地等优势,被认为是最具潜力的生物柴油原料之一。然而,诸多潜力能源微藻,如绿藻属、硅藻属等,其单位体积藻细胞密度与油脂含量呈负相关性,导致藻细胞本身油脂产率较低。因此,如何提高藻细胞油脂产率是实现微藻生物柴油低成本产业化的关键技术之一。本文分别考察了氮缺失分批诱导(氮充足-氮缺失两步法)和连续氮限制诱导(低氮一步法)对小球藻生长及油脂积累的影响,并进一步探讨了在最佳氮诱导模式下不同光照强度对小球藻生长和脂质积累的影响,以期获得最佳光氮培养模式,从而提高小球藻油脂产率,其主要研究结果如下:(1)在氮缺失分批诱导模式的氮充足阶段,获得小球藻细胞最大生物量为4.88 g/L,当转入到氮缺失诱导培养基中,生物量由4.88 g/L降至3.0 g/L,油脂含量由18.88%增至50.5%;在连续氮限制诱导模式下获得的最大生物量和油脂含量分别为4.61 g/L和52.5%,油脂产率为286.15 mg/L/d,是氮缺失分批诱导模式下最大油脂产率(179.56 mg/L/d)的1.59倍;两种氮胁迫模式诱导的藻细胞中的脂肪酸均主要由棕榈酸、十六碳烯酸、十六碳二烯酸、十六碳三烯酸、油酸、硬脂酸、亚麻酸和亚油酸组成。其中连续氮限制诱导藻细胞中油酸含量(37.42%)高于氮缺失分批诱导模式下油酸含量(29.02%),且单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸的总含量(59.53%)高于氮缺失分批诱导模式下单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸的总含量(50.66%),这表明连续氮限制诱导模式更有利于制备优良性能的微藻生物柴油。(2)在连续氮限制诱导模式下,不同光照强度对小球藻的生长和油脂积累影响显著。中光(100μmol/m~2/s)诱导模式下最大生物量和油脂含量分别为6.39g/L和56.5%,分别是低光(50μmol/m~2/s)和高光(300μmol/m~2/s)模式下最大生物量和油脂含量的1.44-9.8倍和1.18-1.38倍,且中光模式下最大油脂产量为601.938 mg/L/d,分别是低光和高光模式下最大油脂产率的2.16倍和8.12倍。这表明中光-连续氮限制诱导模式有效促进了小球藻胞内脂质积累,大大提高了小球藻脂质产率。(3)在中光-连续氮限制诱导藻细胞中,共检测到45种差异表达的代谢物,其中蔗糖,乳酸,谷氨酸,脯氨酸,3-磷酸甘油胆碱和丙氨酸6种代谢物具有显著性差异(VIP>1,p<0.05),被鉴定为此培养模式下诱导小球藻脂质合成积累的生物标志物。蔗糖含量由40.29 mg/g降至21.55 mg/g,乳酸含量由4.150 mg/g降至0.6841 mg/g,丙氨酸的含量由2.948 mg/g降至1.684 mg/g,3-磷酸甘油胆碱的含量由0.07 mg/g增加至0.42 mg/g,表明糖酵解过程显著增强,使丙酮酸得到积累,并进一步转化为乙酰辅酶A,而乙酰辅酶A主要用于TCA循环或脂质的合成。脯氨酸(0.14 mg/g至0.53 mg/g)和谷氨酸(7.47 mg/g至9.11 mg/g)的上调表明这两种氨基酸作为重要的调节因子,保护小球藻细胞免受光和营养限制的刺激。TCA循环路径代谢产物(如苹果酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸)的表达下调,表明中光-连续氮限制诱导模式下大部分能量和乙酰辅酶A流向脂质合成路径,促进了小球藻油脂的合成积累。