由于光合效率高、生长速度快、含油量高等特性,微藻被认为是最有希望替代化石能源的生物质能源。开放池培养是实现微藻规模化培养的主要方式,但如何提高产油微藻在开放体系中培养的稳定性,增强抵御外界物种侵扰的能力以及进一步提高微藻生物量产率成为限制微藻生物柴油产业化的瓶颈。微藻与微生物的共生体系可以为微藻的生长提供良好的微环境,但目前有关微藻-微生物共生体系中微藻生长和油脂积累特性的研究仍然比较缺乏。木论文以一株产油微藻斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)为研究对象,通过人工构建藻菌共生体系,研究了该体系在自养条件下对栅藻的生长和油脂积累特性的影响及机制,并进一步探索了藻菌共生体系在开放条件下的稳定性和抵御外界物种侵扰的能力。构建了栅藻与真核生物的共生体系(即共培养体系)。当假丝酵母Candida tropicalis和酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae分别与纯化后的斜生栅藻共培养时,只有前者可以增加栅藻的生物量、光合活性和油脂含量,它们分别比纯栅藻体系提高了30.3%、61%和22.5%。相反,酿酒酵母则无显著效应。不同初始接种比例的研究结果表明,栅藻和C. tropicalis的接种比例为3：1时,C. tropicalis对栅藻生长的促进效应最显著。C. tropicalis的存在可以消耗上清液中的胞外多聚物(EPS)和溶解氧,从而减轻它们对微藻生长的抑制作用。此外,栅藻和C. tropicalis的共培养仅在无杂菌的封闭式光反应器中可以促进微藻生长并提高其油脂积累能力,在开放条件下,该促进效应并不显著。构建了栅藻与原核生物的共培养体系。对未纯化的栅藻在正常培养过程中细菌菌群的分析表明,有益菌群和有害菌群共同存在于培养体系中。从栅藻培养液中共筛选到5株与栅藻共生的有益菌菌株,它们分别属于不同的种属,包括Brevundimonas aurantiaca(菌株2-1),Rhizobium sp(菌株2-2),Pseudomonas sp(菌株3-4), Acidovorax facilis(菌株3-10)和Diaphorobacter sp.(菌株3-11)。将5株菌株分别与栅藻共培养10天后发现,它们均可以显著提高栅藻的生物量。其中菌株3-10的效果最好,使栅藻生物量增加了24.8%。同时,细菌的存在提高了栅藻油脂的含量,增加了饱和脂肪酸和十八烯酸的比例,降低了不饱和脂肪酸的比例。扫描电镜的结果表明在藻菌共培养体系中,细菌附着在栅藻的表而,这更有利于二者的物质交换。对已构建的微藻-细菌共培养体系进行调控,研究初始接种比例、外源金属离子浓度、缺氮条件以及细菌菌株组合对栅藻生物量、油脂含量和EPS含量的影响。当初始藻菌比例为3：1时,细菌对栅藻生长的促进效果最显著。EPS是藻菌体系调控的核心,外源添加CaCl2的浓度为100 mg/L时,显著提高了藻菌体系EPS中蛋白质和多糖的含量,并且CaCl2的添加并不影响栅藻的生长和油脂含量。在缺氮诱导的条件下,藻菌体系中栅藻的油脂含量和产率最高比纯栅藻体系分别提高了33.3%和73.9%。不同菌株的组合结果表明,菌株2-2,3-4,3-10和3-11的组合效果最显著,可以使栅藻的生物量和油脂含量分别增加28.5%和14.6%。利用Applikon微型反应器研究了栅藻与细菌之间的气体和物质交换,揭示藻菌体系的共生机制。证实细菌的参与可以降低培养系统中的溶解氧,促进栅藻生长,后者又进一步消耗二氧化碳,释放氧气,利于细菌生长,从而形成栅藻与细菌之间气体交换的循环。证实细菌可以降低EPS(包括结合型和游离型)中大分子量化合物以及总有机碳的含量,增加体系中总无机碳的含量,为栅藻的光合作用提供原料。共生体系中栅藻胞外微环境的改变也促使栅藻将胞内的总糖转化为油脂,这些最终促使了栅藻油脂含量的提高。最后,考察了开放条件下藻菌共生体系中栅藻的生物量和油脂积累情况以及该体系的稳定性。经过16天的培养,开放条件下藻菌体系中栅藻的生物量比封闭条件的纯栅藻体系提高了17.1%,比开放条件的纯栅藻体系提高了95%,同时,藻菌体系中栅藻的油脂含量比纯栅藻封闭体系也增加了24%。微生物群落的分析结果证实,藻菌体系中的细菌菌群保持稳定,初始接种的菌种在培养过程中(12天)始终是优势菌群。相反,纯栅藻体系在开放条件下其细菌菌群发生了明显改变,小丰度菌种的比例在培养后期增加到40%。仅在纯栅藻的开放培养体系中检测到有害微型动物,Colpodea(肾形虫属)和Platyophrya(匙口虫属)。可见,藻菌共生体系可以增强微藻培养体系在开放条件下的稳定性,减少有害物种的入侵。