铁是所有光合生物必需的营养元素,参与光合作用、呼吸作用、氮固定、色素合成和脱氧核糖核酸合成等生理活动。目前的研究表明铁限制季节性的影响着全球30-60%海洋表层的浮游藻类的生长,而在淡水生态系统铁限制浮游藻类特别是蓝藻生长的现象也性泛存在。湖泊中可利用j性铁的浓度很低,一些蓝藻由于有较高的PSI/PSII比值和固氮代谢而比真核藻类需要更多的铁,因此更容易受到铁限制。类囊体膜及其组分是蓝藻的主要铁库,最易受到铁限制的影响,研究表明高营养盐低叶绿素海域浮游藻类的光合生理对加铁响应迅速,且这些光合生理特征具有铁限制的特异性。尽管有研究表明可利用性铁常限制湖泊中水华蓝藻的生长,但可利用性铁浓度的变化对水华蓝藻的生长和光合生理的影响还没有详细报道。为了更好的理解可利用性铁对水华蓝藻的生长、光合生理、竞争优势、种类以及分布的影响,本论文运用专为研究微量金属元素而设计的Fraquil培养基,采用痕量金属洁净技术控制实验过程中微量金属元素的污染,应用各类叶绿素荧光仪和流式细胞技术,探讨了不同可利用性铁浓度对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)以及伪鱼腥藻(Pseudanabaena sp.)竞争的影响,分析了不同光质条件下,不同可利用性铁浓度对Microcystis sp和Pseudanabaena sp.生长和光合生理的影响,研究了质体蓝素编码基因petE的失活对模式蓝藻Synechocystis sp. PCC6803光合生理的影响。具体研究结果如下：1.可利用性铁对微囊藻和小球藻以及伪鱼腥藻竞争的影响。铁是光合生物所必需的微量元素,它参与多个生理过程如光合作用,呼吸作用和氮固定。夏季富营养化湖泊中可利用性铁的浓度被认为是影响微囊藻水华形成的关键因子之一。然而,铁限制对微囊藻和其它藻类的种间竞争的影响还不清楚。本文研究了不同可利用性铁浓度(pFe 20.3或21.4)培养条件下,蓝藻M. aeruginosa、Pseudanabaena sp和绿藻C. pyrenoidosa的生长、光合特点和竞争能力。研究结果表明,与C. pyrenoidosa混合培养时,无论是高铁还是低铁环境,M. aeruginosa的百分比总是不断下降。与高铁单培养相比,低铁单培养环境中M. aeruginosa的色素含量,PSI/PSII荧光比值和PSII的最大光化学效率显著降低,而C. pyrenoidosa的这些生理参数未显著变化。值得注意的是,低铁培养时M. aeruginosa产生对铁具有高亲和力的物质,这类物质可促进Cpyrenoidosa的生长。与Pseudanabaena sp混合培养时,高铁环境中M. aeruginosa的百分比不断降低而低铁环境中M. aeruginosa的百分比不断升高。与高铁单培养相比,低铁单培养环境中M. aeruginosa的比生长速率,藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白的含量,PSI/PSII荧光比值以及其它的叶绿素荧光参数的下降幅度均小于Pseudanabaena sp.。综上所述,三种藻对低铁的生理响应不同,造成在低铁培养基中,M. aeruginosa与C. pyrenoidosa竞争时处于劣势而与Pseudanabaena sp.竞争时处于优势。2.可利用性铁和光质对微囊藻和伪鱼腥藻的生长以及光合生理的影响。湖泊中可利用性铁浓度很低,常成为浮游藻类特别是蓝藻的生长限制因子,同时湖泊水体由于水深、溶解盐、溶解或颗粒态的有机体、有色可溶性有机物以及浮游藻类光合色素的不同所富含的光质不一样,因此铁限制和光质经常共同影响湖泊中蓝藻的生长。本文以可利用性铁浓度pFe 20.3为对照,研究了白光、红光和蓝光对低铁浓度pFe 21.4或22.3培养的M. aeruginosa和Pseudanabaena sp.生长及光合生理的影响。研究结果显示,与可利用性铁浓度pFe 20.3培养相比,M. aeruginosa在pFe 21.4培养时,比生长速率和色素含量在红光中下降幅度比白光和蓝光大,而PSI/PSII荧光比值、非光化学淬灭、最大相对光合电子传递速率和QA的氧化速率等光合生理参数值在白光中下降幅度比红光和蓝光大；当铁浓度进一步降至pFe 22.3时,M. aeruginosa的生长速率、热耗散能力和线性电子传递速率在红光中的下降幅度比蓝光更显著,表明红光加强而蓝光减轻低铁对M. aeruginosa的限制作用。与可利用性铁浓度为pFe 20.3培养相比,Pseudanabaena sp.在pFe 21.4培养时,红光照射下比生长速率、PSII的最大光化学效率、热耗散能力和线性电子传递速率等光合生理参数值下降程度最轻,蓝光次之,白光最大,表明红光减轻而白光加强低铁对Pseudanabaena sp.的限制作用。综上所述,研究结果表明红光下M. aeruginosa的比生长速率对低铁浓度响应最迅速,而白光下光合生理对低铁浓度最敏感,红光加强而蓝光减轻低铁对M. aeruginosa的生长及光合生理的影响；红光减轻而白光加强低铁对Pseudanabaena sp.的生长及光合生理的影响。因此可利用性铁和光质可能共同影响淡水生态系统中水华蓝藻的种类和生态分布。3.petE基因失活对Synechocystis sp. PCC 6803在光周期和光连续培养中光合生理的影响。蓝藻中质体蓝素由petE基因编码,是光合和呼吸电子传递链的电子载体,可以传递电子给PSI和细胞色素c氧化酶。我们对Synechocystis sp. PCC 6803藻株的petE基因插入失活,构建了petE突变株,研究了不同光照环境中突变株的表型特点。连续光照培养时,petE基因失活加速Synechocystis sp. PCC 6803藻细胞PQ库的氧化速率,但是降低QA的氧化速率和各个PSⅡ之间的连接系数。同时与野生型相比,petE突变株的PSI/PSII荧光比值减小和暗呼吸速率增加。而光周期培养时,petE基因失活进一步引起藻细胞叶绿素含量减少,藻蓝蛋白与叶绿素的比值增加,突变株藻细胞颜色比野生型更蓝；另夕petE突变株的光合效率、热耗散能力和线性电子传递活动显著增加,而PSII的有效捕光截面显著减少。这些结果表明质体蓝素参与调解光合电子传递链的氧化还原状态,特别是光周期培养时,petE基因失活会引起一些特殊的光合生理的改变。