近年来,随着化石能源的消耗,新兴的和可持续的生物能源已经受到了广泛关注。微藻具有较高的光合转化效率、较快的生长速率以及储存和分泌富含能量的碳水化合物的能力。微藻可以合成大量的油脂、淀粉等富含能量的物质,油脂可以用来生产生物柴油,而淀粉可以用来生产生物乙醇。此外,微藻具有较多的C₁₆-C₁₈链长的脂肪酸,这些脂肪酸是生产生物柴油的良好原料。在培养过程中,利用胁迫的方法提高油脂的含量是一种有效地方式。微藻中常用的胁迫方法包括缺氮、缺磷、高光、高盐等。在胁迫时,不仅藻细胞内油脂的含量会升高,其胞内活性氧的水平也会大幅增加。尽管有许多研究报道了这种现象,但目前仍未解析其作用机理。本研究首先通过缺氮、缺磷、高光、高盐四种胁迫方式,探究细胞生理生化的变化。发现胁迫条件下蛋白核小球藻的生长会受到抑制,但是其胞内油脂的含量却显著升高。其中在缺氮胁迫下,蛋白核小球藻的生长受到严重抑制,其处于S期的细胞百分率仅为4.19%,同时其细胞变小,细胞内部结构变复杂。缺氮不仅能够提高藻细胞的油脂含量,其油脂的燃烧性能、氧化稳定性、低温流动性也均有提升。此外,还发现在胁迫下,细胞优先合成淀粉,随着胁迫时间延长,淀粉逐渐降解,降解后的碳骨架被用于合成油脂。其次,在上述四种胁迫条件下,研究了胞内的氧化应激及抗氧化体系的变化。并通过Spearman相关性分析研究了总活性氧以及活性氧小分子H₂O₂、O₂^·-以及OH^?与其对应的油脂含量之间的相关性。发现OH^?浓度与油脂的含量具有很高的相关性,达到0.901。此外,发现在500μmol/L H₂O₂+13μmol/L FeCl₃处理下,胞内的OH^?含量显著升高,而H₂O₂和O₂^·-的含量变化不明显。在此条件下发现胞内的油脂含量显著升高,确证了OH^?能够介导胞内油脂的合成。为了在胞内基因表达水平上进一步确定OH^?可以介导油脂的生物合成,对蛋白核小球藻进行了转录组测序。在六组样品中共获得47.74 Gb Clean Data,每个样品的Q₃₀碱基百分比均在95.10%及以上。将过滤后的Clean Reads进行比对,比对效率从79.84%到84.57%不等。将测序得到的基因进行功能注释,共完成了10138条基因功能注释,并发掘未注释的基因1647个。为了揭示胞内关键代谢通路上基因表达的变化,进行了差异表达基因分析。共获得2104个差异表达基因,其中1808个基因被成功的进行了功能注释。发现胞内脂肪酸和三酰甘油合成通路上的基因表达明显上调,并通过荧光定量PCR实验验证了转录组测序的结果,从而在基因层面上证明OH^?能够介导油脂的合成。此外,在OH^?胁迫下,藻细胞也会合成淀粉和蔗糖,同时其胞内色素的代谢显著降低。这些结果说明了在OH^?胁迫下,细胞降低其光合作用等生理活动,将更多的碳用于合成淀粉和油脂等富含能量的化合物,使其能够在OH^?胁迫下存活。本研究工作首次揭示了胁迫、活性氧、油脂三者之间的相互关系。即胁迫导致微藻胞内活性氧含量的升高,而活性氧中的OH^?成分进一步地介导胞内油脂的合成。此外,细胞中淀粉的代谢对于油脂的生物合成十分重要,淀粉的降解会促进油脂的合成。本研究揭示了胁迫与产脂之间的调控机理,对于微藻生物能源的生产具有重要意义。