随着化石燃料的快速消耗,能源危机与环境问题越发严重,威胁着人类的生存健康,因此亟待寻求一种可再生、可持续的替代能源。微藻是能够利用光能、无机碳和营养盐合成自身所需物质的光合自养型生物,具有生长迅速、脂质丰富、环境适应性强以及单位产出率高等特点,被认为是第三代生物质能源,已经引起了广泛的关注和研究。微藻生物柴油具有无污染、碳中性的优点,能够减少C02排放,便于生物降解,但由于生产成本较高,影响了其大规模发展和应用。提高微藻油脂产率是解决该问题的主要途径之一,即提高微藻生物质浓度和油脂含量,缩短培养时间。优化微藻培养条件,促进其快速生长,可以实现微藻在最适条件下快速繁殖,但是微藻在快速生长过程中会影响藻细胞内油脂的合成,造成油脂含量降低,因此如何在不影响微藻最大生物质浓度的前提下实现油脂的快速积累,是提高最终油脂产率的关键。本研究首先对小球藻的初始细胞密度、光照强度和曝气速率进行了优化,考察了其对微藻生物质浓度、油脂含量及产率的影响,揭示了小球藻生长过程中对环境条件的需求规律,实现了微藻生长和油脂含量的提高。其次,利用模拟两阶段培养方法,对快速达到对数期末期的四尾栅藻进行高温胁迫培养,探索其生物质和油脂含量的变化规律,阐明了高温胁迫培养对油脂积累的影响特性,建立了一种利用40℃高温胁迫促进油脂快速积累的方法；另外,利用超声刺激方法,研究了对数期末期微藻经不同超声环境处理后,继续培养过程中生物质干重和油脂含量的变化,明确了超声刺激对油脂积累的影响规律及机理,获得了一种实现微藻原位高效积累油脂的经济可行的新途径。通过本论文的研究,实现了微藻快速生长和高效积累油脂的有机耦合,提高了微藻的油脂产量。本论文的主要研究结论如下：(1) 研究了基于微藻生长状态的小球藻生长条件优化方案,用于提高生产生物柴油的油脂产量,并与常规优化实验进行了对比。常规优化实验中,考虑到油脂产量和能量消耗,初始细胞密度、光照强度和曝气量的最佳参数分别确定为0.45 cm-1 (OD686,或0.15 g/L)、6000 lux和0.2 wm (mL/mL/min),获得的最大生物质干重和油脂含量分别为1.2 g/L和33.6%。然后,探索了三组详细的生长状态导向的培养条件调整方案,为微藻不同生长阶段提供不同环境条件,即方案1(S1),初始曝气量为0.2 vvm,光照强度为10,000 lux。第7天时光照强度减小到6000 lux。方案2(S2),初始曝气量为0.267 vvm,光照强度为10,000lux。第7天时曝气量减小到0.2 vvm,光照强度减小到6000 lux。方案3(S3),初始曝气量为0.267 vvm,光照强度为10,000 lux。第7天时光照强度减小到6000lux并持续至第13天。第10天时曝气量减小到0.2 vvm。以此来研究随微藻生长状态改变培养环境对生物质和油脂产量提高潜力的影响,实验结果表明,三组方案在生物质干重和油脂产量方面均有显著提高,而方案2中达到最大值分别为1.9g/L和0.6 g/L。新的特殊培养方法相对于常规优化实验,将微藻生物质和油脂产量分别显著提高了52.7%和64.7%。通过GC-MS测定分析,微藻中C16-C18组分占脂肪酸比例超过90%,而且相对于常规培养方法,新型方案获得的脂肪酸在生物柴油生产中有更优越的性能。(2) 利用模拟两阶段培养法,探索了高温胁迫对提高微藻油脂积累的可行性。本研究中,测试了40-C高温作为胁迫环境来促进在最适条件下生长至对数期末期四尾栅藻的油脂积累,胁迫培养1天后,油脂含量和产率达到最大值33.5%和23.2 mg/L/d,相对于未处理(第0天)微藻,显著提高了39.6%和33.3%。延长胁迫时间导致生物量和油脂含量的下降,且低于未经高温胁迫处理的微藻。油脂含量下降的主要原因是,微藻细胞将部分油脂转化为蛋白,维持细胞活性,因此蛋白含量在胁迫培养至第6天时达到最大值58.7%。(3) 将处于对数期末期的四尾栅藻进行超声(200 W,40 kHz)处理,来研究其对油脂积累的刺激作用。微藻经超声波处理不同时间之后继续培养2天时间,尽管生物质浓度没有增加,但在超声20 min的实验组获得了最大油脂含量37.8%,相比初始状态显著提高了57.5%。然后,处于对数期末期的微藻经超声处理20 min后再继续培养不同时间,检测生物质、油脂和其他组分的积累变化,结果表明,继续培养2天后获得了最大油脂含量38.9%,微藻表现出优异的油脂积累性能,微藻脂肪酸的综合品质在超声处理后也得到了提高。利用超声刺激实现了对数期末期微藻油脂的高效积累,同时不影响生物质浓度,因此是一种可应用于实际的有效方法。(4) 研究了超声处理对多变鱼腥藻生物质、油脂和蛋白积累的影响。微藻培养11天后到达对数期末期(初始微藻),再经不同功率的超声波处理10 min,然后继续培养3天时间。继续培养1天时间后,200 W的超声功率实验组获得了最高油脂含量37.8%。固定功率200 W条件下,不同超声时间对初始微藻的影响结果显示,微藻经超声5 min继续培养1天后,油脂含量和产率得到显著提高,为46.9%和54.2 mg/L/d,分别为对照组实验的1.46和1.86倍。合适的超声处理显示出在促进油脂积累方面的可行性和较高的效率,同时不会对微藻生物质、脂肪酸成分和蛋白含量产生不良影响。