虾青素是一种强抗氧化性物质,已被广泛应用于各领域,而作为天然虾青素的主要来源,雨生红球藻近年来成为研究的热点。本研究以Haematococcus Pluvialis LUGU为研究对象,首先利用八种常见基础培养基分别培养和诱导藻细胞,根据其对生物量以及虾青素积累的影响分别筛选出最适的生长和诱导培养基;其次,对茴香醚、黄腐酸以及两种诱导子的共同作用等不同诱导条件对藻细胞内虾青素积累的影响进行了研究;而后根据在相同诱导条件下,不同藻细胞的生长状态对虾青素生产的影响,得出不同种子液状态在藻细胞诱导阶段有着重要作用;同时克隆与虾青素合成相关的7个酶基因(β-胡萝卜素酮化酶、β-胡萝卜素氧化酶、β-胡萝卜素羟化酶、β-胡萝卜素环化酶、八氢番茄红素去饱和酶、八氢番茄红素合成酶和异戊烯焦磷酸异构酶),探究了在虾青素的积累过程中,其表达水平的变化;并测定了诱导过程中脂肪酸组分、含量以及脂肪酸合成相关酶基因表达量的变化,从而进一步探讨了诱导藻细胞积累虾青素的生理及分子机制。具体研究结果如下:(1)根据生长阶段藻细胞生物量以及诱导阶段虾青素积累的不同,分别筛选出H.pluvialis LUGU的最适生长及诱导培养基。在生长条件下,BBM培养基中藻细胞最大生物量浓度为1.38gL-1,分别是MAV、MCM、SE、Cz-M1和KUh1中生物量浓度的1.26、1.20、1.21、1.58和1.21倍,从而确定BBM为H.pluvialis LUGU的最适生长培养基并作为种子液的基础培养基;而在诱导条件下,SE培养基内最大虾青素产量达到28 mgg-1,分别比常用的BG-11和BBM培养基内虾青素产量提高了 60.83%和66.07%,是最适宜的诱导培养基。(2)在分别添加2 mg L-1茴香醚和5 mg-1L黄腐酸的诱导条件下,藻细胞生物量分别为对照组的73.24%和318%,此时虾青素产量达到最大值,分别是对照组产量的2.03和1.62倍。而在茴香醚与黄腐酸共同诱导实验中,虽然同时添加2 mgL-1茴香醚和5mgL-1黄腐酸的条件下,所得虾青素产量高达20.96mgg-1,比对照组提高了 79.30%,但仍低于2 mg L-1茴香醚诱导时所得的产量。(3)将4种处于不同生长状态(对数生长期前期、中期、后期以及稳定期)下的藻细胞同时置于相同条件下诱导,对数生长期后期的藻细胞生物量达到了 0.75 gL-1,分别比对数期生长期前期、中期以及稳定期藻细胞的生物量增加了 103%、79%和25%;且此时藻细胞的虾青素产量达到最大值29.3 mg g-1,分别是前期、中期以及稳定期藻细胞内虾青素产量的2.93、1.74以及1.01倍。因此,在相同的诱导条件下,处于对数生长期后期的藻细胞将更有利于虾青素的积累。(4)成功克隆出7个与虾青素合成相关的酶基因,并通过实时荧光定量分析了诱导条件下其表达水平的变化。结果表明,ipi、psy、lcy、chy、bkt1、和bkt2的最大表达量在第3、5、7、7、3、3和3天时出现,并分别是对照的8.98、10.06、3.89、9.78、10.75、39.99和33.25倍,而虾青素产量的大幅提高发生在第5天,因此不同基因的表达调控水平不同。而在茴香醚诱导条件下,早期ipi、chy、bkt1和bkt2基因表达量的更大幅度上调表明,这四种酶基因与雨生红球藻中虾青素生物合成通路中的限速步骤更相关。(5)通过诱导过程中不同脂肪酸组分以及其含量的变化可以看出,在诱导至第13天即虾青素产量达到最大值时,藻细胞内总脂肪酸的含量也达到最大值;而在第5天虾青素开始迅速积累时,对照组细胞内饱和脂肪酸达到最大值64.52%,而实验组内却无饱和脂肪酸的积累;此时单不饱和脂肪酸的情况却截然相反(对照组内并未检测到单不饱和脂肪酸的存在,而实验组内其含量高达49.68%)。实验结果表明,脂肪酸与虾青素的积累有关:虾青素酯的合成速率能够改变脂肪酸的代谢流;而同时脂肪酸成分及其含量的变化能够对虾青素合成通路产生反馈调节,更进一步证明了前人对虾青素与脂肪酸途径相关性的研究结论。