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小球藻属绿藻门小球藻属单细胞球形微藻，营自养和异养，分布广，富含蛋白、油脂及色素等营养物质。小球藻种属差异大，导致其生长特性迥异，适应外界环境条件能力也各异，培养条件影响生长及细胞组分。开发可利用有机废水培养高营养组分小球藻，促进绿色制造和循环经济，具有积极意义。本文以此为切入点，选育利用柠檬酸废水（CAE）和城市富含N/P废水（ME）高蛋白组分小球藻，研究其生理特性及优化培养基和控制条件，并调控细胞代谢途径实现蛋白质及（或）油脂等大量积累，以期高效处理CAE及ME，同时吸收大量CO2生产高营养组分藻体。主要结果如下：建立快速检测藻蛋白方法以选育高蛋白组分藻种，优化高蛋白藻体培养工艺。利用所建立的APPD-UV法快速检测藻蛋白，选出生物量、生长速率及蛋白含量均较理想的驯化藻株C. vulgaris C9-JN2010，其生物量和比生长速率均比出发株提高了13.0%，藻蛋白含量高达54.6%，必需氨基酸组成为40.8%，氮磷利用率分别高于出发株16.6%及15.3%。并比较自养、混养及异养小球藻蛋白及氨基酸合成效率，混养时生长及蛋白质产率更佳，其比生长速率和蛋白产率分别为0.526d-1和0.097g·L-1·d-1。与纯自养模式相比，Cys、Tyr和Met含量差异显著。采用P-B、最陡爬坡及CCD试验优化后的混养培养基，藻生物量及蛋白质含量分别为1.786g·L-1和47.0%，其蛋白产率为0.210g·L-1·d-1，提高了116.2%。7.5L光反应器培养，藻的比生长速率、生物量及蛋白产率分别提高到0.630d-1、0.470和0.220g·L-1·d-1。基于氮代谢调控，辅以盐胁迫和高光照强化C. vulgaris C9-2010油脂合成流向。采用单因子、P-B、最陡爬坡及CCD响应面试验优化并确定了C. vulgaris C9-2010高效自养培养基及培养条件(接种量0.150g·L-1，pH7.0，25℃，4000lux和16h:8h)。在优化的培养条件下，藻生物量及产率分别为0.755g·L-1和0.126g·L-1·d-1，提高了6.5%和6.8%。最优条件下二步培养更易积累油脂及提高产率，低氮、2.5%NaCl胁迫和高光照强度（6000lux）组合调控油脂积累效果最佳，藻油脂含量和产率分别高达26.0%和24.2mg·L-1·d-1，为对照的2.5倍和1.75倍。7.5L光反应器与摇瓶培养结果相比，前者油脂含量及产率分别高达25.6%和27.5mg·L-1·d-1，且油脂产率提高约13.6%。研究了NaCl胁迫对C. vulgaris C9-2010生理代谢及叶绿素基因转录的影响。无NaCl时C. vulgaris C9-JN2010生长速率最佳为0.225d-1，且叶绿素和蛋白含量分别高达39.5mg·g-1和55.0%。2.5%NaCl胁迫下，藻油脂含量及产率为15.5%和16.10mg·L-1·d-1，是最低值的3.6倍。适度NaCl浓度可提高藻细胞游离Pro、MDA和GSH等抗氧化物含量和抗氧化酶活，2.5%NaCl胁迫藻的脯氨酸含量高达2.3%，为无盐的20.0倍，未见更高报道；5.5%NaCl胁迫后MDA和GSH含量分别高达70.0及9.4mg·g-1DW，分别为无NaCl的2.1和2.4倍；NaCl胁迫小球藻SOD、CAT及POD酶活均显著提高，分别高达2367.5、50.3和710.4U·g-1DW，是未胁迫的3.0、4.7及2.7倍。利用荧光定量PCR方法，首次分析了无盐和3.5%NaCl胁迫藻细胞叶绿素基因chl B、chl I、chl L及chl N转录水平，3.5%NaCl胁迫藻叶绿素基因转录水平分别为无盐的2.1、1.5、4.5及4.8倍。适当NaCl浓度能增强藻细胞叶绿素基因转录，并促进大量抗氧化活性物质及酶系合成，以抵抗胁迫产生的氧化毒害。驯养小球藻高效利用有机废水磷氮，积累蛋白质与油脂。摇瓶与光反应器中分别培养C. vulgaris C9-JN2010处理CAE和ME。首先，确定了培养该藻最适CAE浓度为20.0%，于5L光反应器获得生物量和产率分别为1.040g·L-1和0.260g·L-1·d-1，且CODCr，BOD5和TOC，氮和磷去除率均高于90.0%。其次，根据摇瓶中ME培养藻的较好结果，于7.5L光反应器分批、半连续和连续培养藻，其最低比生长速率和产率约为0.200d-1和0.106g·L-1·d-1，且NH4+-N、TN、TP、CODCr及BOD5最低去除率分别为98.3%、95.5%、90.6%、88.3%和87.4%。最后，7.5L光反应器中最佳CAE/ME混合废水（20:80）培养藻可获生物量及产率分别高达1.187g·L-1和0.237g·L-1·d-1，且废水污染因子大量被去除（＞90.0%）。反应器中藻生长和处理效果均高于摇瓶，且稍高于单独处理CAE和ME，污染因子残留较低接近城镇污水厂废水排放标准（总氮≤15.0mg·L-1，总磷≤0.5mg·L-1，氨氮≤5.0mg·L-1，CODCr≤120.0mg·L-1和BOD5≤60.0mg·L-1）。并发现藻生物量总蛋白、总油脂、粗纤维、灰分和总磷含量分别为48.0%-55.0%，10.0%-30.0%，3.3%-4.0%，5.0%-5.5%和0.65%-0.80%，且必需氨基酸与多不饱和脂肪酸组成比例分别高达44.5%和73.4%。以上结果表明，利用发酵废水培养C. vulgaris C9-JN2010使废水得以资源化具有较好的前景，由于藻细胞富含必需氨基酸和不饱和脂肪酸，是一种很有潜力的优良饲料蛋白来源。