一种耦合营养盐回收模块的雨生红球藻光生物反应器，所述反应器由自左向右的三个长方体腔室(3,5,6)以及设置于反应器外部的营养盐回收模块组成，中间腔室(5)用于雨生红球藻绿色游动细胞的培养，左右两侧的腔室(3,6)用于雨生红球藻红色厚壁孢子的培养。本发明以雨生红球藻生化转化过程与环境工况的对应关系，通过调控雨生红球藻不同生长阶段的光照强度以及氮磷等无机营养盐的浓度，提出一种耦合营养盐回收模块的雨生红球藻光生物反应器，实现雨生红球藻绿色阶段生物质积累与红色阶段细胞内虾青素合成的同步高效进行。