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雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是一种单细胞绿藻,在胁迫条件下能够大量积累虾青素,具有较高的经济价值。虾青素具有显著的着色能力,并能够抗癌变、抗氧化、抗紫外线辐射及增强免疫力等,在保健品、化妆品、医药、水产养殖等领域具有广阔的发展前景。在规模化培养雨生红球藻生产虾青素的过程中,优良藻株的诱变选育一直是研究的重点和热点。诱变选育出生长速度快、虾青素含量高的藻株在工业生产中具有较强的实用意义。为了提高雨生红球藻的生物量和虾青素含量,本研究采用了紫外线诱变的方法。以雨生红球藻株(H0)为出发藻株,根据致死率,确定了紫外照射的最适时间为8min。经过诱变、筛选和对藻株性能的检测,获得了两株生物量和虾青素含量都较高的突变藻株H7和H11。与出发藻株比,突变株的生长速度提高了18.9%和17.0%,虾青素含量提高了9.0%和4.5%。在选育了优良藻株的基础上,本论文对雨生红球藻培养基中氮源的种类、最适浓度,以及磷源的最适浓度进行了研究。通过比较硝酸钠、碳酸氢铵和氯化铵对雨生红球藻生长的影响,发现雨生红球藻的适宜氮源为硝酸钠,适宜的浓度为1.0g/L。雨生红球藻在含1.0g/L硝酸钠的培养基中连续培养12天,生物量可以达到4.85×105cell/ml,培养结束后,虾青素可以有效积累,含量达到3.49%。磷的最适浓度为0.04g/L,在最适磷浓度下,连续培养12天,生物量可以达到5.9×105cell/ml,诱变15天后,虾青素含量达到3.82%。最后通过正交实验得到,NaNO3浓度、K2HPO4·3H2O浓度、pH分别为0.8g/L、.04g/L、7的配方利于雨生红球藻的生长,NaNO3浓度、K2HPO4·3H2O浓度、初始pH分别为0.4g/L0.06g/L、6的配方利于雨生红球藻虾青素的积累。最后,在分子水平上对雨生红球藻氮代谢中的关键酶-硝酸还原酶进行了研究。首次克隆了雨生红球藻硝酸还原酶基因DNA及cDNA序列。硝酸还原酶基因序列的全长为5636bp,含15段外显子和14段内含子,cDNA序列的全长为共2718bp,共编码905个氨基酸,对雨生红球藻的硝酸还原酶氨基酸序列进行BlastP比对分析,发现有三个较为保守的结构域分别为Mo-Co复合体结合域、亚铁血红素结合域和FAD结合域。采用实时荧光定量PCR的方法对硝酸还原酶基因的转录水平进行分析,发现在培养基中硝酸钠的浓度为0-1.0g/L时,随着硝酸盐浓度的增高,雨生红球藻硝酸还原酶的表达量增加。这可能是由于硝酸还原酶是硝酸盐同化的关键酶,培养基中硝酸盐浓度增高,需要的硝酸还原酶增多,所以其表达量就会增加,进而使得雨生红球藻的生长速度加快。综上所述,本研究采用紫外诱变的方法,诱变筛选了生长速度较快且虾青素含量较高的藻株,初步确定了其适宜的氮源和磷源浓度,为工业生产奠定了基础。通过克隆硝酸还原酶基因并分析其在不同氮浓度下的转录水平,为研究雨生红球藻的氮代谢过程及指导氮源优化提供了分子基础。