与天然水产动物相比，人工养殖的虾蟹鱼等水产动物普遍存在系列问题，如抗辐射力弱、免疫和抗病力差、繁殖力和孵化率下降、光泽暗、产品乏色、肉质粗糙、鲜味香性弱、口感差和营养低等，在养殖过程中易发病并极易导致减产甚至绝收，严重影响了水产制品的营养品质、销售价格和产量。目前尚未弄清导致上述共性问题出现的具体原因和发生机制。推测可能与水产养殖过程中，饲喂食物与天然饵料的组成结构发生显著明显改变存在一定的关系，比如缺少动物了本身不能自主合成、必需依赖从食物中摄取的重要功能性代谢产物（如类胡萝卜素及其衍生物、多不饱和脂肪酸、功能性糖蛋白等）。是否如此，尚待严格系统评价。

  本论文以类胡萝卜素（特别是虾青素及其异构体）为主要突破口，在文献综述基础上，主要选择水产虾类、中华绒螯蟹、虹鳟鱼和雨生红球藻，围绕这些水产生物研究其类胡萝卜素结构组成、分布特征、虾青素异构化规律，开展了如下研究。首先，筛选并建立适用于虾青素异构体分析的样品前处理优化方法；其次，利用户外产业化平台的光生物反应器，通过全年性连续监测，详细研究不同雨生红球藻藻株的虾青素含量及异构体组成的季节性波动变化规律；同时，围绕我国主要水产虾类（斑节对虾、中国对虾、凡纳滨对虾、脊尾白虾和鹰爪虾），确定其类胡萝卜素及其虾青素基本特征谱，并针对脊尾白虾新品种“科苏红1号”探讨其主要类胡萝卜素差异特性；并且，针对主要我国养殖蟹类中华绒螯蟹，在其雌蟹育肥过程中，探讨了富含类胡萝卜素饲料对其壳色和性腺发育的影响效果；另外，还分析了红球藻藻渣饲喂虹鳟，对其肉质、着色等产品品质的提高效果。目的为解决水产养殖中存在的共性关键问题，率先提供详细的基础性、前瞻性和应用性数据资料。

  通过上述系列研究，获得主要结果如下：

  1. 优化并对比不同虾青素及其异构体含量检测的前处理方法后发现：最佳的酶解 条件是反应体系中加入0.67 units/mL的胆固醇酯酶，37℃反应75min, 酶解得率92.95%；最佳皂化条件反应体系中加入0.021mol/L NaOH，5℃反应90min，得率是48.37%。对比游离虾青素得率和虾青素几何异构体的稳定性，酶解法对虾青素的含量和几何异构体影响较小，先酶解再进行高效液相色谱分析是进行雨生红球藻和其他含虾青素酯的样品的含量及几何异构体测定的可靠方法。

  2. 通过连续跟踪和实地监测，获得不同雨生红球藻藻株，在光生物反应器内多批次产业化规模培养过程中，虾青素及异构体组成与含量的全年变化数据，从中归纳出季节变化规律。主要体现在：（1）开放式跑道池和管道式光生物反应器之间最大的差异是虾青素含量的差异，同等光温条件下，开放式跑道池的虾青素含量显著低于管道式光生物反应器。（2）H₂、H₃和H₆三个典型藻株在大规模培养中，虾青素含量和虾青素几何异构体比例上的变化无显著性差异。（3）红球藻虾青素及其异构体与光温因子（包括平均温、最高温、最低温、温差和日均总辐射强度等气象数据）之间存在高度相关性。高温强光大温差条件下，虾青素含量高而全反式虾青素比率低；低温弱光小温差条件下虾青素含量低，全反式虾青素比率高。

  3. 对比分析我国5种主要水产海虾（斑节对虾，中国对虾，凡纳滨对虾，脊尾白虾和鹰爪虾）类胡萝卜素及虾青素异构体特性，发现：（1）五种主要海水虾类的类胡萝卜素特征根据种类和身体部位的不同而有所不同。虾青素（游离和酯合）是这些虾中主要的类胡萝卜素，而虾青素酯的比例高于游离虾青素。全反式虾青素是主要的几何异构体，9-顺式和13-顺式是主要的顺式异构体。脊尾白虾中拥有高比例的左旋虾青素 (超过96%)，而其他四种虾中存在三种手性异构体且内消旋占比较高。（2）脊尾白虾的新品种“科苏红1号”的各组织中的类胡萝卜素含量显著高于普通脊尾白虾，且其鲜红的体色主要来自肌肉。其中的虾青素主要是游离虾青素，异构体组成与普通型无显著性差异。

  4. 利用雨生红球藻饲料饲喂中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis），可显著提高其产品色泽和质量，其中：蟹的卵巢，肝胰腺，背甲和表皮中的类胡萝卜素含量显著提高，且有显著的剂量效应关系，雨生红球藻添加越高，体内类胡萝卜素特别是虾青素积累量越高。除表皮组织存在酯合虾青素外，其他组织中虾青素均为非酯合形式。全反式虾青素是主要的几何异构体，但不同组织对顺式异构体有偏好性，卵巢偏好性吸收15-顺式，而表皮和背甲偏好性吸收13-顺式。手性异构体方面，卵巢中的手性异构体组成与饲料中的虾青素异构体组成相关，而表皮和背甲中发生了差向异构化。饲料中的纯左旋虾青素异构化生成了大量的右旋和消旋虾青素。

  5. 利用雨生红球藻藻渣投喂虹鳟鱼（Oncorhynchus mykiss），可显著提高虹鳟鱼着色。雨生红球藻虾青素在向虹鳟传递和沉积过程中，酯合型虾青素可脱酯化成为游离形式，同时虾青素几何异构体比例也发生改变。全反式虾青素更易在虹鳟鱼背肌中沉积，而在顺式虾青素中，13-顺式比9-顺式异构体更易于在虹鳟鱼中沉积。尽管虹鳟鱼背肌中可检测到3种不同的旋光立体异构体，但左旋（3S，3’S）虾青素更倾向于在虹鳟鱼体内累积。

  综上所述，类胡萝卜素及其氧化衍生物虾青素，在藻类虾蟹鱼等水产生物中具有广泛的分布，可通过食物链逐级传递和沉积，在该传递和沉积过程中呈现差向性异构化，同时显著提升养殖水产动物的色泽和营养品质。