近年来随着化石燃料消费的不断提高导致了越来越严重的能源危机和环境问题，微藻生物柴油作为一种优势明显新兴能源越来越受到人们的重视。本研究的目的对微藻生物柴油的开发利用中两项关键技术进行研究，为微藻生物柴油的广泛利用提供一定的技术支持。在利用微藻制备生物柴油时，用基因操作能有效、稳定的提高微藻的产油率。其中，选择合适的藻种、目的基因是基因操作的关键。本研究选择了生长速率较高，可在海水中生长的海水小球藻作为藻种，海水小球藻pepc2基因作为目的基因进行研究。首先通过克隆和生物信息学方法分析了海水小球藻pepc2基因的结构特征；再通过反义原核表达分析了海水小球藻pepc2基因的功能。除此之外，本研究还探索了基于光反应器的微藻规模化培养技术，利用本课题组设计的100L光反应器规模化培养微藻，分析其生长规律和调控方式。　　PEPC酶(PEPCase:EC4.1.1.31)是光合碳代谢过程中的一个重要的酶，它催化磷酸烯醇式丙酮酸β-羧化生成草酰乙酸和无机磷酸。近20年来，研究发现在非C4和CAM植物，如藻类中也广泛存在这种酶，并且证明在真核藻类中存在两种类型PEPC酶，但对其功能尚不清楚。为了进一步了解藻类 PEPC酶的特征，本文对海水小球藻pepc2基因进行了首次克隆并通过生物信息学方法分析了海水小球藻PEPCase2的结构和功能特征。主要实验结果如下：1.系统进化分析表明海水小球藻pepc2基因与莱茵衣藻pepc2基因亲缘关系较近；氨基酸序列特征分析表明海水小球藻PEPCase2的肽链共包含5个保守序列区，2个催化活性位点，其N端缺乏丝氨酸可逆磷酸化位点，C端为RNTG结构。由此可知该基因编码的是海水小球藻细菌型PEPC酶；2.海水小球藻 PEPCase2二级结构主要包括α螺旋，β转角、无规则卷曲和伸展链；其三级结构外部为α螺旋结构和无规则卷曲，有利于保持PEPC酶结构的稳定性，中心的平行β桶结构为PEPC酶的反应中心；3.海水小球藻 PEPCase2具有多种重要的生理功能，主要与多种重要的物质合成有关。　　本研究用反义载体技术在大肠杆菌中反向表达了海水小球藻pepc2基因片段，抑制PEPC酶活性从而提高油脂含量。通过PCR扩增获得的海水小球藻pepc2基因片段经测序为611bp，与海水小球藻pepc2基因相似度为100％，该片段编码海水小球藻PEPCase2保守序列Ⅰ。将该片段插入 pET-28a构建正向（pET-28a-forw-pepc2）和反向（pET-28a-reve-pepc2）表达载体，并导入到大肠杆菌获得正义和反义转基因大肠杆菌。在诱导条件下培养，与野生型相比，诱导6h时正向表达突变体pepc基因相对表达量、PEPC酶活性、可溶性蛋白含量分别提高至215.74%、5.59 U/g prot和216.96mg/g biomass而总油脂下降至3.67%；反向表达突变体则相应分别下降到41.23%、2.83U/g prot和139.19mg/g biomass，总油脂提高了24%。表明pepc基因在大肠杆菌蛋白和脂类代谢方面起着重要调控作用。　　为了实现微藻的规模化培养,本研究利用气升式垂直柱型光反应器进行了微藻培养的中试实验。用气升式垂直柱型光反应器培养鱼腥藻7120。实验结果表明在培养过程中通过周期性的通入 CO2一方面保证了无机碳源的输入，另一方面使得 pH保持在7.1~7.9的范围内浮动并有效的去除溶氧积累，维持了微藻培养的适宜条件。测定微藻的光密度和生物质含量，可见在相同的培养条件下两种转基因微藻的生长速率要明显高于野生种微藻，但其原因还有待进一步分析。