坛紫菜（Pyropia haitanensis）是我国南方沿海广泛栽培的大型经济海藻,具有重要的经济价值及理论研究价值。坛紫菜的生活史世代包括形态结构完全不同的两个世代:丝状体世代与叶状体世代。两个世代在生理机制及光合固碳方面均存在明显差异。本论文从分子水平及酶学生理水平对坛紫菜不同生活史世代间以及不同失水胁迫水平下的光合固碳途径相关基因的表达水平和酶活性变化进行了比较研究,研究结果为坛紫菜不同生活史世代光合固碳机制的阐明及坛紫菜光合作用对失水胁迫的响应机制研究奠定了基础。主要研究结果如下:1、在坛紫菜转录组数据库中检索到73条与光合固碳途径相关的Unigene,其中C₃途径49条,C₄途径24条。2、采用RACE和普通PCR扩增相结合的方法,克隆获得了坛紫菜光合作用固碳途径中C₃途径相关基因7条,C₄途径相关基因6条。C₃途径基因分别命名为PhPGK、PhFBA、PhcFBPase、PhTKT、PhSBP、PhRPIA、PhRPE,它们的序列长度分别为1871,1541,1406,2533,1209,1019和1446 bp,编码的氨基酸个数分别为551,265,366,733,321,234和274 aa。C₄途径基因分别命名为PhAST、PhMDH、PhNAD-ME、PhNADP-ME、PhPK、PhALT,它们的序列长度分别为1923,1820,1649,1374,1927和1513 bp,编码的氨基酸个数分别为434,346,501,236,609和495 aa。3、基于紫菜光合作用固碳途径相关基因的系统进化关系,我们推测坛紫菜光合作用的系统进化介于大型海藻和微藻之间,坛紫菜C₃型固碳途径与大型藻类更为接近,C₄型固碳途径与单细胞微藻的亲缘关系更接近。4、在转录水平上采用qPCR技术检测了失水胁迫条件下坛紫菜Z61品系中C₃和C₄固碳途径相关基因的表达模式,结果表明C₃途径相关基因除PhSBP、PhRPE外,其余基因均在轻中度失水（<60%）胁迫时表达水平上调,C4途径相关基因中,PhDLDH、PhPEPCK、PhPEPC、PhAST、PhMDH、PhNAD-ME、PhALT、PhPK均在轻中度失水（<60%）时,表达量开始显著上调,并且两个途径相关基因在中重度失水条件下表达水平均呈现为下调,说明两个途径相关基因的表达均与坛紫菜逆境胁迫应答密切相关。5、在酶活水平对坛紫菜光合固碳C₃途径（PhRubisco、PhGAPDH、PhcFBP及PhcpFBP酶）和C₄途径（PhALT、PhMDH、PhNAD-ME、PhNADP-ME、PhPEPC、PhPK）的关键酶在不同失水条件下的活性变化进行分析,结果发现除PhNADP-ME和PhPK外,其余酶活性均呈现为先增强后减弱的趋势,并且与mRNA转录水平上表达相比较,会表现出延迟表达的特点,这说明基因表达水平的变化与相应酶活性水平的变化存在正相关性,且从基因上调表达到酶活性水平的提升需要一定时间的过渡。光合作用固碳途径相关酶的活性变化对失水逆境胁迫的应答具有规律性及适应性。6、在转录水平上分析了光合固碳途径相关基因在坛紫菜两个不同生活史世代（叶状体与丝状体）中的表达模式,结果发现坛紫菜C₃途径相关基因（除PhRPTP和PhTIM）在叶状体中的表达水平均显著高于丝状体;而C₄途径相关基因（除PhAST外）在丝状体中的表达水平均显著高于叶状体。7、在酶活水平上对光合固碳途径关键酶（C₃途径:PhRubisco、PhcpFBPase、PhcFBPase和PhGAPDH;C₄途径:PhPEPC、PhMDH、PhNAD-ME、PhNADP-ME、PhPK和PhALT）在坛紫菜不同生活史世代中的酶活水平进行测定,结果发现,C₃途径的4种酶在叶状体的活性都要显著高于丝状体,而C₄途径相关酶除PhAST外,其余酶活性在丝状体中的水平都显著高于叶状体。8、通过固碳途径相关基因的转录水平分析及关键酶的活性比较,表明坛紫菜不同世代的光合固碳途径可能存在差异,叶状体世代中的光合固碳途径为C₃途径,而丝状体世代的固碳途径则可能为类似C₄途径。本研究丰富了坛紫菜光合作用基因序列信息,为阐明坛紫菜不同生活世代固碳机制差异提供分子理论基础,同时也为坛紫菜在失水逆境胁迫下的响应机制提供基础资料。