碳排放和化石能源原料短缺已成为制约我国经济可持续发展的重大瓶颈。通过光合作用，利用太阳能将CO2转化为石化能源替代品，是缓解全球能源危机和对环境温室气体CO2有效利用的潜在理想途径。

微拟球藻(Nannochloropsis；简称Nanno)具有以下已证实优势：适应工业规模室外光合培养、很好地适应和固定烟道气并高效转化为大量含碳高能代谢物（如TAG等）、同时生产不饱和脂肪酸(EPA等)等高值附产品。因此，本课题通过对微拟球藻碳流与能量流的修饰和改造，设计与构建能够低成本大规模光合固碳生产二碳到六碳平台化学品的细胞工厂（简称“Syn-Nanno”）。主要研究内容为高固碳高产率细胞的系统优化技术。在课题组已初步建立的微拟球藻CO2利用代谢模型、TAG累积机制和基因操作平台等基础上，围绕异戊二烯等平台化合物，通过考察微拟球藻细胞中原有能量流和碳流的储存和分配机制，优化CO2固定和目标产物合成等途径，并探讨后者与初级代谢网络的最优耦合方式，从而获得固碳效率提高、产品合成优化且可控的新型光合生产藻株。其次，重点探讨上述藻株基于烟道气低成本培养和过程控制策略，以及生产藻株、培养技术与产品收集技术的最优耦合方式与集成技术，建立高效生产体系。