近年来,全球面临着化石能源的日益枯竭,人们开始寻求新的替代能源。生物能源是唯一可能大规模替代石油燃料的能源,因此受到了广泛的重视,其中微藻是最有潜力生产生物柴油的原料,由于其含油量高,且具有不占耕地、环境友好、种类丰富、容易培养等优点,而影响微藻生物能源生产成本的关键是提高微藻生物量和脂肪酸的含量。缺氮以及缺磷是提高微藻脂肪酸的主要培养条件,但是是在牺牲生物量的情况下实现的,本文研究缺氮、不同磷浓度以及添加醋酸钠对莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)的生长以及脂肪酸的组成和含量的影响,探索能显著提高莱茵衣藻脂肪酸的培养条件;并比较不同营养条件下莱茵衣藻的代谢组图谱,分析脂肪酸的代谢机制。得出的结果如下:(1)首先在缺氮条件下添加不同浓度的磷(无磷、1倍磷、2倍磷),发现缺氮或缺磷都会抑制藻细胞的生长,缺氮并缺磷对生长的抑制最为显著,生物量与对照组相比减少了31.7%。同时发现缺氮可以提高单位脂肪酸的含量,而且缺氮并缺磷的处理下单位脂肪酸含量最高,与对照组相比提高了77.6%。(2)根据以上的结果,进一步研究在缺氮并缺磷条件下不同浓度醋酸钠(1g/L、2g/L和4g/L)对莱茵衣藻生物量、单位脂肪酸含量和总脂含量的影响。结果表明醋酸钠显著促进莱茵衣藻的生长,藻类生物量随醋酸钠浓度的升高而增加,而单位脂肪酸含量随着醋酸钠浓度的提高而降低。但从总脂的结果来看,添加不同浓度醋酸钠的处理都明显高于对照组,其中4g/L的处理总脂含量最高,比对照组增加了70.4%。(3)合计检测出16种脂肪酸,以上各处理中脂肪酸的种类组成类似,其中有7种脂肪酸分别是C16:0、C17:0、C18:0、C18:1n9t、C18:1n9c、C18:2n6c和C18:3n6占了总脂含量的90%以上。各处理对脂肪酸的质量(以十六烷值、碘值和皂化值表示)有一定影响,但都处于生物柴油的适宜范围。(4)此外,根据莱茵衣藻在第3天到第6天的代谢物变化建立了代谢组图谱。分析发现不管是在缺氮条件下添加不同浓度的磷,还是在缺氮缺磷条件下添加不同浓度的醋酸钠,都是在第3、4天换培养基后代谢物含量与对照组相比差异最大,第5、6天开始差异慢慢减小。研究还发现缺氮的处理以及添加醋酸钠的处理代谢物含量与对照组相比有显著差异,在缺氮的处理中代谢物的整体水平与对照TAP相比显著下降,而在添加醋酸钠的处理中代谢物的整体水平与对照TAP缺氮缺磷相比显著提高。另外有几种代谢物的变化需引起关注,其中在缺氮的条件下Glycerol、Haxadecanoic acid、Phosphate和Glycine的含量提高了,而Alpha.-Linolenic acid、Acetic acid、Propanoic acid和Naphthalene的含量降低了,这些代谢物分别参与了类脂代谢、氨基酸代谢以及外源物质的降解与代谢,推测这些代谢物含量的变化与莱茵衣藻在缺氮条件下细胞生长抑制和脂肪酸积累有关。而在添加醋酸钠的条件下Haxadecanoic acid、Alpha.-Linolenic acid、Propanoic acid、Phosphate、Glycine、Myristic acid和1,2-Benzenedicarboxylic acid的含量提高了,这些代谢物分别参与了类脂代谢、能量代谢、氨基酸代谢等,推测它们的变化与添加醋酸钠促进莱茵衣藻的细胞生长和脂肪酸积累有关。综上所述,本文提出一个同时刺激脂肪酸和生物量积累的培养方法,并利用代谢组分析初步探究在不同培养条件下细胞生长和脂肪酸积累相关的关键代谢途径及代谢物,为微藻生物能源的大规模工业化提供一个可能的新思路。