世界人口的增长和工业的迅速发展，使得全球能源的消耗大大增加。现在中国主要的能源消耗依然是传统的化石能源等不可再生能源。这些能源的使用在消耗的同时产生了大量的CO2。CO2作为温室气体，对环境的影响巨大。因此高效的CO2处理技术和可再生能源的开发已经非常紧要。以微藻为原料的第三代生物乙醇应运而生。微藻作为生产生物乙醇的原料的关键点在于藻种的选育和培养条件方式的优化。　　本论文在实验室已经选育了能耐受10％浓度的CO2并且具有高产糖能力的小球藻AE10的基础上，采用半连续培养方式，结合元素限制和高光强的条件，通过新颖的流式细胞术优化确定了最佳培养条件，在已有基础上进一步提高了59.86％的糖产率，缩短了高生物量获得的时间，对未来工业应用和实时监控手段的开发奠定了基础。　　同时，结合组学分析和流式细胞术，对小球藻在氮、磷、硫元素的限制下，生物质组成和细胞周期之间的关系进行了探究。早期通过元素限制，抑制细胞周期进程，抑制细胞分裂，可以减少细胞能量的消耗，从而积累的储能化合物含量大量提高。后期虽然依旧抑制，但过强的抑制会导致生物量的下降，并且会导致其余系统（如光合系统）的损伤，生命活动的维持以及合成速率的下降会导致储能化合物含量的下降，同时糖产率也下降。所以多倍体细胞的形成与储能化合物的积累在一定范围内成正比例关系，同时维持一个高的光合系统效率对高糖产率的获得非常重要。此外，虽然三种元素都能抑制细胞周期进程，但是通过流式分析细胞大小和DNA含量的得知磷元素的抑制机制与氮元素和硫元素有显著的不同。以上的结果在海水藻——杜氏盐藻中同样得到了验证。　　此外，实验通过转录组学分析初步探究了氮、硫、磷元素限制对小球藻的影响以及其应激机制，为以后基因工程改造奠定了基础。　　本论文的实验工作表明，利用过程工程手段可以调控小球藻糖的富集，微藻作为生产生物乙醇的原料有很强的应用前景，流式细胞术在微藻中的利用对未来的研究和生产的实时监测提供了可能性，具有创新性和实用性。