虾青素(astaxanthin)是一种具有强抗氧化能力的类胡萝卜素,一种高附加值的保健食品。目前,虾青素的生产可以采用雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)和酵母工程菌株,由于后者生产效率差,难以用于工业化生产。因此,工业化生产虾青素多使用雨生红球藻。为高效率生产虾青素,本研究以甲基磺酸乙酯(EMS)为诱变剂,在雨生红球藻诱变的基础上,对产量提高的诱变株进行了胞内脂肪酸含量及虾青素合成途径关键基因相对转录水平的研究。同时,为了进一步揭示雨生红球藻的生长周期和虾青素积累过程的分子机制,利用代谢组学方法进行了研究。得到如下结果:(1)诱变后初筛得到997株诱变株,复筛得到51株诱变株,经过进一步的筛选,最终得到了7株生长速率有所提高的诱变株,其中4株虾青素的产量有所提高。诱变株的细胞壁均有凹陷,而野生株的则较为光滑;但经过强光(4000 Lux)胁迫虾青素大量积累后,野生株的细胞壁也出现一定程度的凹陷。(2)诱变株胞内脂肪酸中,十八碳烯酸的含量较野生株均有增加。雨生红球藻的PSY基因与BKT基因是转录水平调控控制虾青素合成的主要限制基因,诱变株中这两个基因的相对转录水平较野生株有所上调。因此,推测十八碳烯酸含量的增加及PSY基因和BKT基因的相对转录水平上调是虾青素产量提高的主要原因。(3)雨生红球藻在强光胁迫培养过程中,基于胞内虾青素和叶绿素含量的变化,可将其分为三个不同时期:绿色时期、黄色时期和红色时期。对GC-MS检测到的81种代谢物进行了主成分分析(PCA)、偏最小二乘分析(PLS)和层次聚类分析(HCA),发现这三个时期的样本有明显不同的聚类效果,强光胁迫引起了雨生红球藻胞内代谢的系统性变化。进一步分析发现,在黄色时期,胞内的一些保护性代谢物如蔗糖、脯氨酸和谷氨酸等,含量均较绿色时期有所增加。它们的前体物三磷酸甘油醛、丙酮酸和α-酮戊二酸是卡尔文循环和三羧酸循环的中间产物,因此推断这两个途径的活性增强。综上所述,推断出雨生红球藻细胞内的代谢调控模式,即强光使卡尔文循环和TCA循环的活性增强,进而促进胞内保护性代谢物的积累。而在红色时期,随着虾青素的大量积累,胞内代谢物的含量降低。