微藻是一类具有光合自养能力的生物，通过光合作用固定二氧化碳合成多糖、油脂、蛋白等有机物，是新一代生物质资源，是未来精细化学品、大宗化学品、能源的潜在来源。与传统化石燃料相比，微藻生物柴油最大的优势是可再生性和可持续性；而与传统油料作物相比，微藻的优势在于生长速度快，对土壤条件要求不高、不占用耕地面积等。微藻的生长过程受到多方面培养参数的影响，如何在降低成本的前提下获得更稳定的培养体系及更高的微藻产量一直是微藻工业化应用领域的研究者们最关心的问题。工业生产中成本最低且最常见的微藻培养方式是开放池培养，微藻在开放池中生长时会不可避免的被其它微生物入侵，因此可能导致培养失败或产量下滑。鉴于微藻与周围微生物的密切关系，如何高效地利用藻液中的微生物成为近年来的研究热点。为了获得能够在开放培养体系中仍然保持紧密联系的藻菌，本论文从微藻培养液中筛选与微藻密切相互作用的促生菌，深入研究藻菌相互作用机制，并将藻菌体系应用于开放培养系统考察应用效果。论文的研究内容及结果如下：1. 小球藻藻际菌群结构解析及促生菌的筛选通过高通量测序技术对小球藻(Chlorella sorokiniana)稳定开放池中的藻际细菌的结构进行分析，结果表明小球藻藻际细菌主要由拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)组成。藻液中的核心菌群在藻际环境中参与了大规模的物质代谢，因此从小球藻培养液中筛选与小球藻胞外分泌物紧密联系的促生菌是维持促生菌在藻液中保持种群优势的关键。通过营养培养基LB琼脂平板从小球藻开放池中分离出了13株细菌。将来自不同属的6株细菌分别与无菌小球藻在摇瓶中共培养，同时监测小球藻和细菌的生长曲线，结果显示细菌Achromobacter sp.(C-10)和Rhizobium sp.(C-13)将小球藻的生物量提高了31.79%和79.29%，同时在藻液中可以稳定地伴随小球藻生长，因此选择无色杆菌(Achromobacter sp.)和根瘤菌(Rhizobium sp.)分别与小球藻构建藻菌共培养体系。2. 促生菌与小球藻之间物质交换机制的研究在封闭式光生物反应器中培养藻菌体系时，促生菌C-10和C-13分别将小球藻的生物量提高了13.80%和15.88%，此外C-13将小球藻的油脂含量提高了7.45%。两种促生菌都能够提高藻油中不饱和脂肪酸的含量从而提高油脂的品质。扫描电镜观察发现，小球藻与促生菌共培养时，促生菌可以粘附在藻细胞表面或者分散在藻液中与小球藻之间产生相互作用。检测藻液中多糖和蛋白浓度变化以及小球藻光合放氧速率的结果表明促生菌在藻液中的生长主要依赖小球藻分泌的胞外多糖以及光合作用产生的氧气。缺氮培养基(Ashby)筛选实验表明菌株C-13是固氮菌，当藻液中的氮源极其匮乏时，C-13可以通过固氮作用提供氮源维持小球藻生长。3. 促生菌分泌的群感信号物质对小球藻的影响研究通过HPLC-MS/MS检测分析促生菌分泌的N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)种类，结果表明促生菌C-10分泌的AHLs主要为C14-HSL，促生菌C-13分泌的AHLs主要是C8-HSL和C14-HSL。为了研究AHLs在藻菌之间的信号交流机制，分别将标准品C8-HSL和C14-HSL以不同的浓度添加到无菌小球藻培养液中进行培养。结果表明C8-HSL和C14-HSL均能促进小球藻生长，C14-HSL对小球藻生物量的提高作用比C8-HSL更好，将小球藻生物量提高了13.86%。同时，50 nmol L-1的C8-HSL和C14-HSL分别能将小球藻油脂含量提高11.31%和45.80%。小球藻的光合能力会受到不同程度的影响。一方面，较低浓度的C8-HSL能提高小球藻的光合能力，而三个浓度梯度的C14-HSL均能非常显著的提高小球藻的最大光合放氧速率；另一方面，C8-HSL和C14-HSL提高了小球藻的光补偿点，小球藻开始累积有机质将需要更高的光照强度。C8-HSL和C14-HSL的浓度为50 nmol L-1时可以显著提高小球藻的细胞活性。通过检测小球藻细胞抗氧化酶的活力考察小球藻对AHLs产生的应激反应的强度。小球藻培养液中添加C8-HSL后，藻细胞发生应激反应，胞内活性氧升高，因此会导致抗氧化酶体统中过氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活力增强，但随着培养液中C8-HSL浓度的升高，小球藻的应激反应逐渐减弱，SOD和POD活力降低；一定浓度范围内的C14-HSL不会导致小球藻胞内的活性氧升高，抗氧化酶系统中的SOD和POD活力都低于零添加组。转录组分析的结果显示，C8-HSL和C14-HSL能够显著地影响小球藻的转录水平。与零添加组对比，C8-HSL和C14-HSL添加组中分别检测到了356和397个显著差异表达的基因。在添加了C8-HSL和C14-HSL的小球藻转录本中，油脂代谢和光合作用相关的基因簇都有显著上调或下调的现象，C8-HSL和C14-HSL能够显著影响小球藻胞内油脂的代谢和光合作用。4. 藻菌体系在开放系统中的应用效果为了考察促生菌在开放培养系统中的作用效果，分别设置了稳定环境的室内开放培养和波动环境的室外开放培养。室内开放培养藻菌体系时，促生菌C-10在藻际环境中无法维持种群优势，逐渐被其它菌种取代，因此失去对小球藻的促生长作用，而C-13在培养液中能够快速增殖以维持种群优势，从而将小球藻生物量提高了13.76%。室外开放培养体系中，波动的环境导致促生菌面临更加复杂的竞争，仅在培养初始接种促生菌时，促生菌很难自主地维持种群优势，因此不能促进小球藻生长。采用多次补加菌液的方式加强促生菌的作用，菌C-13将小球藻生物量提高了13.29%，主要是因为在多次补加菌液的调控下，C-13与其它微生物竞争有限的营养与空间，在微生物群落中占据优势地位。因此，将促生菌C-13应用于微藻的规模化开放培养是可行的。为了便于存储与运输，采用冷冻干燥法，以50 g L-1海藻糖为保护剂制备的促生菌菌剂具有良好的复活率。