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蓝藻是一类能进行放氧光合作用的原核生物,也是研究光合作用的模式生物之一围绕光系统I(PSI)的循环电子传递(CET)通过参与ATP产生,补充蓝藻碳同化,代谢活动,抵抗胁迫环境过程中所需的能量。蓝藻CET主要包括两条途径：NADPH脱氢酶介导的循环电子传递(NDH-CET)和PGR5介导的循环电子传递(PGR5-CET)。蓝藻中以NDH-CET途径为主,在应对低碳,高光,高盐等胁迫环境中起着重要作用。而PGR5-CET则被认为是一条次要的,仅对高光敏感的途径。然而对于其作用机制,生理功能,与NDH-CET的关系,甚至是PGR5蛋白在类囊体膜上的定位等都还不清楚,因此,在本论文中,我们就以上问题进行了一些深入地研究。相关研究的结果如下：1.本论文以集胞藻6803NDH-CET损伤突变体△ndhS为材料,通过叶绿素荧光变化及P700氧化还原动力学水平变化作为检查CET的手段,发现低碳下△ndhS的CET损失得以恢复到WT水平。与WT相比,低碳下△ndhS中PGR5的转录水平和PGR5-CET都有所上调。为了确定低碳下△ndhS的CET恢复与上调的PGR5-CET关系,我们构建Apgr5和△ndhS/pgr5突变体,利用反向遗传学和生理手段分析WT,△pgr5, AndhS和△ndhS/pgr5在低碳下2条CET途径的变化,结果表明NdhS亚基缺失造成的NDH-CET的损伤在低碳下由PGR5-CET进行补偿性恢复。2.PGR5-CET补偿缺失的突变体AndhS/pgr5在低碳下生长显著减缓,在高光下甚至出现致死现象,表明PGR5-CET补偿作用能够维持集胞藻6803CO2吸收,且对高光胁迫下细胞的生长是必需的。3.通过生化手段对低碳高光培养下的WT,△pgr5,△ndhS,△ndhS/pgr5进行BN-PAGE和蛋白免疫印迹检测,结果发现造成△ndhS/pgr5生长受损的原因是光系统I(PSI)遭到严重光破坏。同时通过生理方法检测添加／不添加敌草隆(DCMU) WT,△pgr5,△ndhS,△ndhS/pgr5细胞PSI,光系统Ⅱ(PSII)的光合活性变化,发现造成△ndhS/pgr5中PSI光破坏的原因是来自线性电子传递(LET)的过多电子,表明PGR5-CET补偿机制参与PSI光保护作用。并且我们还发现此保护作用不依赖于NPQ机制。4.通过检测低碳高光培养或强光诱导的WT,△pgr5,△ndhS和△ndhS/pgr5细胞的状态转换能力及QA值变化,发现CET损伤细胞中PSI光保护是与细胞的状态转换能力和QA的氧化还原水平有关。并通过分析添加／不添加DCMU状态转换损伤突变体△apcD的高光下PSI活性变化,进一步证实状态转换能够缓解蓝藻PGR5-CET补偿作用缺失引起的PSI光破坏。5.构建△ndhM/pgr5,△ndhD1/D2/pgr5,△ndhB/pgr5和△ndhF1/pgr5突变体,对集胞藻6803目前报道能够引起NDH-CET损伤突变体△ndhM,△ndhD1/D2,△ndhB和△ndhFl在低碳下的PGR5-CET能力进行检测,发现PGR5-CET补偿作用能够弥补亲水亚基NdhM缺失造成的CET削弱,而在NDH膜蛋白缺失的△ndhB,△ndhD1/D2,△ndhF1突变体却没有作用,揭示了集胞藻6803PGR5-CET额外补偿依赖于NDH-1L功能复合体的NdhF1亚基的存在。综上所述,我们的研究不仅进一步完善了蓝藻PGR5-CET途径的功能,及其应对高光的作用机制,而且对蓝藻NDH-CET和PGR5-CET途径间的调控关系进行了深入调查,增加了人们对PGR5-CET及其与NDH-CET途径的新认识。