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随着社会经济和工业化的迅猛发展,CO2减排逐渐受到关注。微藻生长快,固碳效率是植物的数十倍,且微藻的应用面广价值高,因而微藻固碳已成为近年来国际上碳减排领域中的研究热点。探索微藻高效固碳的分子机制,从而提高其固碳效率是微藻固碳等领域亟待研究的关键科学问题。本文以一株工业用高产油蛋白核小球藻为研究对象,以笔者所在实验室已在国内外首次自主完成的该高产藻株全基因组信息为依托,重点探讨该藻在不同浓度CO2下,光自养生长过程的生理生化和代谢表型特征；在此基础上,通过高通量转录组测序,对高/低CO2浓度下,蛋白核小球藻光自养生长过程的全局代谢途径进行分析,可为揭示蛋白核小球藻的CO2固定和浓缩机制奠定基础。首先,通入适当CO2可稳定培养液的pH值在中性范围,并促进藻细胞的生长。其中1%和5%CO2下最终的细胞干重达4g/L以上,而只通入空气下的藻细胞干重低于1 g/L,通入100%纯CO2时pH下降严重,藻细胞几乎全部死亡。培养过程中叶绿素含量总体呈先上升后下降趋势。总油脂含量分别是1%CO2>5%CO2>空气>10%CO2>20%CO2。其次,由5%CO2切换至空气培养后,藻细胞的生长缓慢,固碳速率下降了20%-30%。胞内的碳含量基本维持在45%左右,氮含量却从8.5%跌至4.5%左右,之后逐渐下降并维持在恒定水平(2%-3%)。切换到空气后的光自养过程的小球藻脂肪酸组成多以C16-C18为主,占到总脂肪酸含量的72%-92%,低浓度的CO2有利于不饱和脂肪酸的积累。最后,通过转录组测序对切换培养后的中心碳代谢、油脂合成以及CCM差异表达基因进行了分析。低CO2下,C4途径中的PEPC、MDH、ME发生了上调,TCA循环中促进丙酮酸生成草酰乙酸、苹果酸、乙酰辅酶A的一些酶发生了上调。结合转录组测序和Real-time PCR分析结果,确定了LCIB、HLA3、LCIA以及2个表达量显著变化的低CO2诱导蛋白基因(g4975、g7352),可作为接下来小球藻固碳机制以及分子改造的重点靶标基因。