综合比较了用于藻类培养的各种光生物反应器的主要类型并阐明其研究现状，根据其设计思想和设计原则设计了一套垂直板式气升式光生物反应器，容积为10.0L，长×宽×高为320mm×80mm×390mm。介绍了在微生物培养基及工艺条件中经常采用的优化方法，并首次选取响应曲面法（Response Surface Methodology，RSM）对螺旋藻的培养条件进行优化，以验证所设计的反应器是否适合螺旋藻的生长，能否提高螺旋藻的培养产率。反应器的验证实验包括光合自养法和混合营养法培养螺旋藻。采用光合自养法时，利用响应曲面法对影响藻体生长的几个主要因子，即光照强度（A）、通气量（B）、培养时间（C）和装液量（D）进行最佳水平优化，并得到以藻体干重（DW）为响应值，光照强度、通气量、培养时间和装液量为自变量的二次多项式数学模型：DW=1.25+0.096A+4.792E-003B+0.039C-9.792E-003D+3.125E-004AB-0.018AC+1.688E-003AD+6.250E-005BC+5.625E-004BD+4.375E-004CD-0.1A²-0.057B²-0.024C²-0.033D²对该模型求导，当光照强度、通气量、培养时间和装液量取最佳水平时，藻体干重最大预测值为1.277g／L，模型验证实验证明该模型有很好的实际指导意义。在光合自养法培养条件优化的基础上，进行螺旋藻混合营养培养实验研究。首先采用单因子实验，确定能促进藻体生长的营养物质是葡萄糖、醋酸钠、硝酸钠、硝酸铵、维生素B₁和维生素B₁₂；使用因子分析设计进一步筛选出对藻体干重影响显著的因子为葡萄糖、硝酸铵和维生素B₁；然后利用响应曲面法对葡萄糖（A）、硝酸铵（B）和维生素B₁（C）进行最佳水平优化，得到以藻体干重为响应值，葡萄糖、硝酸铵和维生素B₁为自变量的二次多项式数学模型：DW=1.66-0.067A-0.04B-0.011C+8.250E-003AB-8.500E-003AC-1.750E-003BC-0.066A²-0.042B²-7.909E-003C²对该模型求导，当葡萄糖、硝酸铵和维生素B₁为取最佳水平时，藻体干重最大预测值为1.688g／L，模型验证实验证明模型有很好的实际指导意义。最后对营养成分的补加周期进行了研究，实验结果表明以48h为补加周期时藻体干重达到1.822g／L。比光合自养法培养螺旋藻时藻体干重提高了42.68％，比室外开放式培养提高了3倍多。验证实验结果表明，所设计的反应器非常适合螺旋藻的生长，且能明显提高其培养产率。同时，响应曲面法优化藻体培养条件过程新颖、科学，所得模型具有较好的实际指导意义。