传统的观点认为藻类主要吸收无机氮，近年来发现越来越多的藻类可以直接利用有机氮源。随着人类活动的增加，天然水域中有机氮的占比越来越高，因此藻类利用有机氮的相关研究愈发重要。本研究以模式生物莱茵衣藻（Chlamydomonasreinhardtii）为研究材料，根据不同的氮源（尿素CO(NH2)2和氯化铵NH4Cl），和不同的氮浓度设置实验组，分为缺氮组（氮原子浓度为0mM）、正常氮浓度组（氮原子浓度为7mM，分为正常氨氮组、正常尿素组、正常混合组（尿素、氯化铵各提供3.5mM氮原子））和高氮浓度组（氮原子浓度为70mM，分为高浓度氨氮组、高浓度尿素组、高浓度混合组（尿素、氯化铵各提供35mM氮原子）），以正常氨氮组作为对照，研究了不同氮源及氮浓度处理对莱茵衣藻生长、细胞数、总叶绿素等生化指标的影响，并用qRT-PCR探讨了不同氮源及氮浓度处理下，莱茵衣藻尿素代谢关键酶基因在转录水平的表达情况。本研究还进一步使用CRISPR-Cas9技术对脲基甲酸盐水解酶DUR2基因进行敲除实验，以期为尿素代谢关键酶基因的功能研究奠定基础。
　　本文主要研究结果如下：
　　1.不同的氮源及氮浓度培养莱茵衣藻，基础生理结果显示：在3个正常氮浓度组中，培养10d后细胞数范围均在7.0～7.5×106个/mL，组间没有显著性差异（p＞0.05）。在高浓度氮源3个组中，细胞数均在1.6～2.0×106个/mL范围内，通过显微镜观察发现高浓度各组中均有3～4个细胞聚集的现象，可能与细胞胁迫产生EPS有关。而缺氮组，培养10d细胞数仅为2.3～5.3×105个/mL。综上可见莱茵衣藻在正常氮浓度下生长是最好的，且以氨氮和尿素为氮源下的生长能力一致。缺氮及高氮源组都能抑制细胞的生长，其中抑制程度最大的是缺氮组。
　　2.本研究使用qRT-PCR技术分析不同的氮源及氮浓度培养下莱茵衣藻尿素代谢相关基因，发现在缺氮处理下，DUR1、DUR2、3个DUR3基因都显著上调，表明细胞需要加速吸收和降解尿素以缓解缺氮胁迫。在3个正常氮浓度处理组中，仅尿素组可以诱导DUR1、DUR2基因上调表达，但DUR3A、DUR3B基因不受尿素诱导高表达，推测正常氮浓度处理下，尿素的吸收能力是一致的，铵离子的存在不影响DUR3基因表达。高氮浓度下，DUR1基因和DUR2基因都上调表达，DUR3B和DUR3C基因则下调表达，推测细胞可能通过减少吸收氮源，加速降解尿素来缓解高氮胁迫。
　　3.莱茵衣藻有8个氨基转运载体，其中AMT1;1最为重要。通过qRT-PCR技术检测发现在缺氮处理下，AMT1;1基因短时间内显著上调（p＜0.01）表明细胞加速氨基转运以缓解缺氮胁迫。而正常氮浓度处理下，只有尿素组AMT1;1基因表达量升高，进一步分析发现AMT1;1与DUR1基因有类似的表达模式，推测AMT1;1在尿素代谢调控中起重要作用。
　　4.利用CRISPR-Cas9技术就莱茵衣藻尿素代谢关键酶基因DUR2的功能开展进一步研究。在CRISPR质粒系统中，针对DUR2基因共筛选出2个sgRNA（SaCas9型）位点可用于体内敲除实验，并成功构建该位点的sgRNA表达质粒。通过大量的电转实验和筛选转化子，共筛选转化子1808个，但目前尚未获得阳性克隆子。CRISPR蛋白系统共筛选出3个MAA7基因sgRNA位点，以及2个SpCas9型的DUR2基因sgRNA位点，经验证均可用于体内敲除实验。质粒系统筛选不到阳性转化子主要原因可能是Cas9质粒对细胞的毒害作用以及技术本身敲除基因的概率太低所导致。