微藻含有丰富的营养物质，具有多种培养方式，在保健食品、化妆品、生物饵料饲料、生物能源、二氧化碳的富集与利用、污废水处理等行业发挥重要作用。营养方式对微藻的生长与代谢具有重要调控作用。开展不同营养方式比较研究，将对于理解微藻的能量存储和转化、碳流分配等一系列复杂性状的网络调控机制，解读微藻的高密度培养和高附加值产物的合成机理具有重要意义，为后续直接指引通过代谢工程手段和合成生物学的思路改造和构建高质量的藻株提供理论依据。　　凯氏拟小球藻（Parachlorella kessleri）既能够通过光合作用进行自养，也可以利用外源葡萄糖进行异养，还可以既通过光合作用也消耗外源葡萄糖进行兼养，目前应用在生物能源、污废水处理等领域。本研究以凯氏拟小球藻为研究对象，围绕基础科学问题“微藻怎么吃葡萄糖”开展研究，利用细胞组学技术进行凯氏拟小球藻细胞葡萄糖转运通路分析，发现凯氏拟小球藻细胞转运外源葡萄糖不仅可以通过内吞作用，也可以通过协同转运，而且，除以上两种转运方式以外，还有其他转运途径，为分析凯氏拟小球藻葡萄糖转运通路提供线索;利用软X射线纳米CT技术开展不同营养方式下，凯氏拟小球藻细胞超显微结构特征观测，可清晰看到叶绿体、线粒体、脂滴和蛋白核等细胞器，并完成细胞三维重构。以自养培养细胞为对照，发现异养培养下凯氏拟小球藻细胞表面发生皱缩，叶绿体完全消失，蛋白核数量由1个变为2个，脂滴含量明显增多，细胞核由中心位置向底部偏移。兼养培养条件下凯氏拟小球藻细胞表面发生皱缩，叶绿体高度退化，蛋白核清晰可见，脂滴含量明显增多，细胞核也由中心位置向底部偏移。该结果证明了软X射线纳米CT技术运用于观测5nm左右微藻细胞超显微结构特征的可行性，并实现了凯氏拟小球藻细胞的三维重构，从细胞器水平分析了不同营养方式对凯氏拟小球藻的影响。　　通过同源克隆方法，获得己糖激酶和葡萄糖激酶cDNA序列，并对不同营养方式培养下的凯氏拟小球藻细胞中己糖激酶和葡萄糖激酶进行实时荧光定量表达分析，发现异养培养条件下，凯氏拟小球藻己糖激酶和葡萄糖激酶转录本均出现上调，而兼养培养条件下，仅有己糖激酶转录本出现上调，说明不同营养方式培养条件下，凯氏拟小球藻胞内关键糖代谢激酶可能具有不同的作用特点。为进一步验证葡萄糖激酶功能，本研究利用全基因组重测序技术比较分析了集胞藻PCC6803藻株GT-AR和GT-CH的遗传背景，并在此基础上选择碳代谢通路变异少的藻株GT-CH作为出发株，成功构建集胞藻PCC6803葡萄糖激酶突变株，为后续开展葡萄糖激酶功能验证及解读真核绿藻与原核蓝藻间糖代谢系统组成差异提供基础。　　利用代谢组学技术针对不同营养方式培养凯氏拟小球藻3小时后的细胞代谢物进行测定分析，发现以自养培养为对照，异养培养条件下，氮代谢通路受到抑制，尿素循环途径代谢也受到抑制，脂肪酸代谢通路和碳水化合物代谢通路旺盛，碳流主要分配至积累碳水化合物;兼养培养条件下，部分氨基酸合成受到抑制，尿素循环代谢通路也受到抑制，整体代谢物谱变化类似于异养培养细胞。　　采用转录组学测序技术，针对不同营养方式培养凯氏拟小球藻3小时后的细胞进行分析，发现以自养方式为对照，异养培养条件下，糖酵解循环、三羧酸循环和氧化磷酸化等代谢通路的关键限速酶基因显著上调，为凯氏拟小球藻细胞利用外源葡萄糖生长和合成代谢提供物质和能量。同时，氮代谢通路上多个关键基因也出现了明显上调，如OTC、GS、ARGG、ARGH等，调控部分氨基酸的合成。以乙酰辅酶A为底物，油脂代谢通路中相关基因显著下调，碳水化合物（棉子糖、蔗糖等）合成与降解代谢通路中的关键基因出现显著变化，初步揭示了碳流分配至碳水化合物方向存储的协同调控机制。