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二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid，DHA，22:6n-3)，简称DHA，是ω-3系列中一种重要的多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid，PUFA)。DHA具有维护健康，预防动脉硬化、风湿病、银屑病等疾病的功效。DHA被誉为“脑黄金”，被广泛应用于医药和食品行业。目前传统鱼油来源的DHA油脂由于易受环境、季节等的影响，已无法满足市场需求，于是人们逐渐将研究的热点转向了微生物发酵法制备DHA油脂，而裂殖壶菌（Schizochytrium sp.）作为一株海洋破囊壶菌因其具有生产DHA油脂的巨大潜力而成为当前微生物发酵产DHA的常用菌种之一。本研究主要内容包括： ⑴以Schizochytrium sp.HX-308发酵产DHA发酵过程为研究对象，创新性的从裂殖壶菌胞内小分子、胞内大分子和油脂组分三个角度，综合探讨细胞在不同生长状态、不同供氧和不同营养限制条件下细胞内微观代谢信息和生理性状变化，发掘影响细胞生长、油脂积累和油脂品质的关键因素，从裂殖壶菌生理代谢角度指导DHA发酵生产过程，以实现高品质DHA的高效生产。 ⑵考察了不同生长状态下裂殖壶菌发酵过程中油脂迁移规律及代谢轮廓差异。从裂殖壶菌胞内小分子物质、大分子物质、脂质组分的代谢变化出发，探究不同时期胞内各组分的变化规律，寻找影响细胞生长、DHA积累的关键代谢物。研究结果表明，饱和脂肪酸更易结合在中性脂上，而不饱和脂肪酸更易与极性脂结合;发酵过程中，中性脂含量不断升高而极性脂含量持续下降;油脂组分中的不皂化物含量随发酵过程的进行逐渐降低，而蛋白质和碳水化合物含量不断升高;利用GC-MS对胞内代谢物进行多元统计分析，结果显示磷酸、丙二酸、脯氨酸、丁酸、角鲨烯、丙酸、甘氨酸、赖氨酸和葡萄糖是区分不同发酵阶段的关键性代谢物，其中氨基酸、肌醇、磷酸在应对发酵后期细胞所处的不利生长环境作出的应激反应最为强烈，此结果为后期从细胞生理性状角度出发进行发酵调控作出了指导。 ⑶以不同氧供应条件下生长的裂殖壶菌为样本，从细胞组分角度出发，考察了胞内油脂、碳水化合物、蛋白质、多糖和寡糖在不同生长环境下的迁移规律，并将传统方法与傅里叶红外光谱法相结合，建立了新的油脂快速测定方法。与低供氧条件相比，高供氧条件下裂殖壶菌对底物的消耗速率更快，生物量、总油脂和DHA含量更高，而不皂化物总量更低，说明高供氧条件利于DHA油脂积累和品质改善。此外，本研究还开发了一种利用红外光谱法快速测定TAG相对含量的方法(R2=0.8270)。两种不同的供氧条件下，TAG、寡糖相对含量均随时间而增加;碳水化合物呈先升高后降低趋势;多糖相对含量在低供氧条件下从0.39增加至0.52，而高供氧条件下与之相反。此外，高供氧条件下细胞快速由结构脂质的合成转向储存脂质的合成，最终可积累富含95.74％中性脂的油脂，而蛋白质成分积累较少;细胞为应对低供氧条件，在胞内倾向于积累磷脂组分来大量富集不饱和脂肪酸，并积累较多蛋白质和寡糖成分以应对不良环境。该研究为快速监测油脂含量变化和胞内大分子物质提供了方法指导。 ⑷以降低裂殖壶菌油脂生产成本，提高油脂含量及品质为研究目标，从营养元素供应角度研究了裂殖壶菌生理特性变化。设计了四种营养限制培养条件，分别为谷氨酸钠限制(MSG-L)，磷酸二氢钾限制(P-L)，硫酸铵限制(NH4+-L)和双营养限制（谷氨酸钠和磷酸二氢钾同时限制，D-L）。营养限制培养条件对细胞生长都存在不利影响;但P-L条件能有效将发酵时间缩短为44h，且DHA产率最高为291 mg/l·h; MSG-L培养条件下油脂产量最高为30.73 g/L。D-L培养条件成本效率最高，其投入产出比最高。氮源限制有利于油脂中有效积累成分（中性脂）含量的提高;MSG-L和D-L培养条件下不皂化物含量低于4％;四种营养限制条件都有利于提高中性脂中不饱和脂肪酸含量。综合考察结果显示，D-L限制条件是降低生产成本，提高DHA油脂含量和品质最佳的营养限制条件。NH4+-L条件下能大幅提升角鲨烯产量为微藻产角鲨烯的市场化提供依据。