虾青素具有超强的抗氧化能力,雨生红球藻作为虾青素含量最高的天然来源,其规模工业化生产备受重视。但是,如何建立一个快速稳定的高密度培养体系、提高虾青素含量仍需进一步探讨与细化;在整个培养过程中藻细胞对外界环境光强适应性的生理特性的精准认知也十分不足;虾青素积累与其它代谢途径的相互关系仍需进一步阐明。本论文以雨生红球藻H6为实验藻株,在培养过程中结合二步培养的方式,分别在各阶段补充不同的碳源。即在培养初期通过分别添加无机碳源碳酸氢钠、有机碳源醋酸钠及葡萄糖,同时在虾青素积累阶段细胞转化时添加醋酸钠、葡萄糖进行兼养培养,对比研究雨生红球藻细胞密度、比生长速率、干重、潜在生产力和色素含量,以及呼吸作用速率、光合作用速率、叶绿素荧光参数等的变化,以发现更有利于生长和虾青素积累的碳源,通过探究在培养过程中藻细胞光合生理状态的异同,挖掘不同碳源影响雨生红球藻内物质的合成代谢机制。此外,结合规模化生产中不同培养阶段雨生红球藻藻的细胞形态和色素含量的变化,利用RLC分析其对不同光强的响应,对比研究不同培养时期间藻细胞的光合能力,对光强的适应性等的差异,为培养过程中光强的选择提供基础数据和理论支持。与此同时,通过添加光呼吸的抑制剂抑制光呼吸,探究虾青素积累的变化,分析抑制光呼吸对整个培养过程中的细胞形态变化、生物量、呼吸耗氧速率、光合放氧速率和叶绿素荧光参数等的影响,进一步分析了光呼吸与虾青素积累之间的相互关系,推测可能的影响途径和作用机理模型,为进一步人工调控其物质代谢奠定了基础。主要结果如下:1、在培养初期添加碳源,明显有利于雨生红球藻潜在生产力的增加,其中醋酸钠效果最好。在培养初期(0-2d)添加醋酸钠后,其潜在生产力是空白对照组的2.11倍。同时,在培养初期(1d)时,添加碳源的光合放氧能力也较光自养组的有显著性优势。但是醋酸钠对比生长速率的增加效果主要体现在培养初期(0-2d),为0.89 day-1,同期醋酸钠组的呼吸耗氧能力也最强,但培养初期(1-2d)的光合参数实际光化学效率((37)PSII)、光能转换效率(Fv’/Fm’)、光化学淬灭(qP)都显著低于培养后期(3-4d),说明醋酸钠兼养在培养前期(1-2d)异养生长为细胞密度的增长作了主要贡献,而在培养后期(3-4d)通过提高光自养来维持细胞生长和生物量的积累。而葡萄糖组在培养后期(4 d后)表现出较明显的优势,为0.17 day-1,是空白对照组的1.7倍。碳酸氢钠不利于红球藻比生长速率的增加,但培养前期(2d)与有机碳源组相比,碳酸氢钠显著提高了光合参数实际光化学效率((37)PSII)、光能转换效率(Fv’/Fm’)、光化学淬灭(qP),说明碳酸氢钠可能分解为CO2增高培养基中的CO2浓度,进而增强藻细胞的光合作用,但对藻细胞比生长速率的增长作用不显著,可能是由于实验中使用的碳酸氢钠浓度过高pH过低所导致的。2、在虾青素积累阶段添加碳源对细胞密度的影响与培养初期添加碳源结果相似。虾青素积累过程中,添加碳源有利于干重的增加和虾青素的积累,其中醋酸钠效果最为显著,分别是空白对照组的2.27,2.95倍。同时加入醋酸钠后明显抑制光合作用的进行,其(37)PSII、Fv’/Fm’、qP及NPQ都显著低于其他3组,推测是异养生长在虾青素积累过程中发挥重要作用。在不同时期添加碳源涉及到许多物质的合成与代谢的改变,需要进一步进行筛选及在理论上进行阐述,进而推广到大规模工业生产中。3、在雨生红球藻的商业化培养过程中,虾青素含量随着培养时间延长显著增加,由2.72 mg/L(0 d)增长到39.73 mg/L(12 d)。光系统II的有效量子产量((37)PSII)随作用光强(PAR)的升高而逐渐降低。且虾青素含量高的红色藻细胞的下降速率(89.6%)明显高于虾青素含量低的绿色藻细胞的下降速率(78.9%),主要是由于Fs值的升高和Fm’值的降低造成的。同时,虾青素含量多其细胞达到rETR最大值所需的光强也较低,表明积累的虾青素对细胞具有光保护作用。快速光曲线(RLC)拟合参数中,虾青素刚开始积累时(4d)与虾青素含量最高的红色不动细胞(12d)的光能利用率(α)要显著高于其他几个时期(P<0.05),推测是由于虾青素在刚开始合成(4d)时需要加快光合作用的进行来合成底物进而转化为虾青素,而虾青素含量最高时(12d)叶绿素含量最低,此时尽可能的有效利用光能进行光合作用来维持细胞生命活动;此外,不同培养时期藻细胞的光抑制参数(β)、最大相对电子传递速率(rETRm)和半饱和光强(Ik)之间均无显著性差异。4、当雨生红球藻的光呼吸被CM抑制后,虾青素含量显著降低,较空白对照组虾青素含量降低了45.45%。在培养过程中,抑制光呼吸途径并不影响细胞密度,生物量积累,叶绿素含量及OJIP曲线。然而,光呼吸受到抑制后,会显著降低光系统II的实际光化学活性和光合放氧速率,其分别降低了34.56%,42.69%。表明光呼吸在雨生红球藻虾青素积累过程中起重要作用。