虾青素(Astaxanthin，3，3-二羟基-β-β-胡萝卜素-4，4-二酮)是类胡萝卜素的一种，有着色功能和强抗氧化活性，被广泛应用于水产、家禽养殖，食品添加剂，化妆品，医药等行业。雨生红球藻是目前已知的天然虾青素的最佳来源，其工业化生产规模逐年扩大。本文以雨生红球藻CW316为材料，在室内和室外条件下，利用玻璃柱、平板型、玻璃缸等多种光生物反应器，结合强光、缺氮等胁迫方法诱导虾青素合成，并通过测定细胞的生长、虾青素积累和光合作用相关指标，分析了初始细胞浓度(IPD)、季节变化、氮源浓度对生物量产量和虾青素产量的影响，推算了室外生产的极限效率并探讨了全氮和缺氮条件下细胞适应高光胁迫的策略。　　 结果表明当培养体系氮浓度小于3mM时，雨生红球藻积累虾青素的速率提高，当生物量浓度小于2.3gL-1（室外）、2.6gL-1（室内）时，虾青素的积累速率不会因细胞间的遮荫效应而降低。不同培养方式的最终虾青素含量和产量可能与培养过程中氮浓度和生物量浓度这两种诱导方式的持续时间有关。在全氮培养条件下，虾青素合成过程是否开启由细胞接受的最大光强决定。　　 与缺氮高光处理相比，全氮高光下细胞的叶绿素含量、最大光合速率、光饱和点和光系统Ⅱ实际量子效率（ΦPSⅡ）较高，暗呼吸速率、光补偿点、最大光化学量子效率（Φ）和非光化学猝灭系数(NPQ)较低。与适宜条件（低光+全氮）相比，高光下全氮和缺氮处理都会使细胞光系统Ⅱ含量降低而光系统Ⅰ含量升高，但全氮处理的光系统Ⅰ含量变化更剧烈、对胁迫的反应更快速。高光胁迫下，全氮处理的捕光色素复合体Ⅱ和细胞色素b6f复合体含量降低，而缺氮处理的类囊体膜ATP合成酶含量降低。以上结果说明全氮和缺氮条件下，雨生红球藻光合系统适应高光胁迫的策略不同:全氮条件下，细胞主要通过调节两个光合系统的光能分配来保护光合器官，光能耗散很少，而缺氮条件下细胞主要通过降低光能吸收、增强呼吸作用、提高热耗散等方式来避免光能过剩引起的伤害。　　 室外培养过程中，初始细胞浓度（IPD）对最终生物量产量和虾青素产量有显著影响。根据细胞的生长、虾青素积累和光抑制情况，可以把0.1至5.0gL-1范围内的IPD分为3个类型:低浓度IPD，以0.1gL-1为代表，特征是实验初期相对生长速率较低，之后逐步升高，单位干重虾青素含量较高但产量较低，光合系统Ⅱ最大光化学效率（Fv/Fm）的日变化在最初几天明显，之后逐步消失，有较严重的午间光抑制并有可能被漂白（尤其在冬季）;中等浓度IPD，以0.8gL-1为代表，特征是最终虾青素含量和产量都较高，实验初期相对生长速率较高，之后逐渐下降，Fv/Fm有较明显日变化;高浓度IPD，以5.0gL-1为代表，特征是相对生长速率维持低水平，单位干重虾青素含量较低但产量较高，Fv/Fm维持在0.7左右且变化很小。季节变化对生物量产量和虾青素产量有影响，总的来说冬季产量较低而夏季较高，但季节变化不会改变IPD的类型。　　 与全氮条件相比，缺氮胁迫抑制了中、低浓度IPD下细胞的生长，但促进了高浓度IPD下的生长。缺氮条件有利于虾青素积累，但在缺氮条件下，在以中等浓度IPD接种的培养体系中，虾青素含量（产品“质量”）与产量不能同时达到最高。通过控制IPD和培养基中氮源浓度达到“质量”和产量的最佳组合可能是实现生产效率最大化的途径。　　 室内条件下雨生红球藻对光能的利用效率比室外条件下大1倍，这可能是因为在室外藻细胞必须不停的调整自身生理生化状态来适应不断变化的光环境，也可能和夜间呼吸消耗有关。　　 单位体积生物量产量（YVOL）与反应器有效受光面积/体积之比（R）的关系可以用方程YVOL=0.6913×(1-e-1.37R)表示。这个方程表明反应器的R值并不是越大越好。在直立、东西朝向、实验地条件下，培养10天以上，光生物学反应器YVOL的极限值约为0.7gL-1d-1，目前所有报道的产量都没有超过这个值的。据此推算，如果相邻反应器间距与反应器的高度相等，则雨生红球藻室外培养最大单位面积生物量产量约为22gm-2d-1。