微藻通常是指含有叶绿素a并能进行光合作用的微生物的总称。多数微藻不仅能够合成多不饱和脂肪酸、微藻多糖等多种生物活性成分，还能够积累大量类胡萝卜素。部分微藻自身具有完整的虾青素合成路径。其中，雨生红球藻、小球藻等淡水单细胞微藻是虾青素生物合成的主要资源。此外，衣藻、裸藻、伞藻中也含有虾青素。

在受到环境些胁迫时，微藻细胞会从绿色营养形态向红色囊肿形态转化，这是由于微藻细胞内合成了大量虾青素来抵抗对自身生长不利的环境。在小球藻中发现虾青素的生物合成始于指数早期。细胞通常在最佳条件下生长，细胞为绿色营养形态；应激条件下诱导虾青素积累，细胞呈现红色的囊状形态。与构成光合作用结构和功能成分的初级类胡萝卜素不同，虾青素能够在强光，高盐度和营养缺乏等压力条件下大量积累。在低营养、强光等环境应激条件下，包囊开始形成，积累大量虾青素。光照、温度、盐度、化学试剂均在分子水平上对虾青素合成产生影响。在高温条件下细胞内产生的过量的低活性氧使得类胡萝卜素代谢减弱，高光照及乙酸盐、茉莉酸甲酯、赤霉素等均具有促进类胡萝卜素生物合成途径相关的关键基因表达的功能。乙酸盐、茉莉酸甲酯、赤霉素通过增强crtZ基因的表达并抑制lcyE基因的表达进一步促进虾青素的生物合成。与乙酸盐等诱导条件相比，高光照影响pds，crtISO，lcyB，lut1，lut5和zep基因表达，更大程度促进了类胡萝卜素生物合成，是类胡萝卜素合成相关基因表达变化的主要驱动力。研究表明，在高光照条件下，卡尔文循环和三羧酸循环为其他代谢提供了更多的前体，β-胡萝卜素羟化酶、六氢番茄红素合酶、八氢番茄红素去饱和酶均被上调，从而使得细胞内虾青素积累增加。

从雨生红球藻中提取虾青素的生产大约在20世纪90年代后期开始大规模工业化。雨生红球藻作为一类单细胞光合生物，野生型细胞内虾青素的含量可高达细胞干重的4%，且具有光能利用率高、生长速度快的特点，已被我国认定为安全生产菌株。但是，雨生红球藻的工业化中需要利用光反应器以保证其光合作用，使得其生产成本大幅增加。因此开发新资源、新技术以降低生产成本成为当下的重点研究方向。

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