具有产氢能力的绿藻中,莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）因其能够以醋酸盐作为唯一碳源生长,可快速响应各种环境刺激,且对逆境如放氢时所处的无氧胁迫耐受能力强等优势,被认为是生物制氢中最具有发展潜力的藻种。但莱茵衣藻产氢的主要限制因素是氢化酶的极端氧敏感性,由于这种敏感性,自然条件下H2产生主要表现为30-90秒的瞬态现象,产氢效率非常低。为了提升莱茵衣藻的产氢量,目前最为广泛使用的方法是对莱茵衣藻进行缺硫培养,抑制PSII光合放氧,使培养体系迅速达到厌氧状态,从而提高产氢量。但是缺硫培养同时也会抑制光解水产生的电子产量,所以有效提高莱茵衣藻产氢,除了需要建立厌氧条件外,还需要为氢化酶还原质子提供丰富的电子。碳基纳米材料（CBNs）作为目前被广泛研究和使用的纳米材料,具有独特的光谱吸收能力和良好的导电性,可以有效吸收光能并产生丰富的光电子。本研究探索将不同类型的CBNs与莱茵衣藻细胞共培养,目的是通过CBNs在产氢条件下增加电子供应量,进而实现高效产氢。为此,将三种具有良好水相容性的CBNs:ssDNA修饰的单壁碳纳米管（ssDNA/SWCNTs）,羧基修饰的多壁碳纳米管（MWCNTs）,少层氧化石墨烯（GO）分别与莱茵衣藻细胞共培养,分析三种CBNs对衣藻细胞的生长和光合产氢的影响,具体研究结果如下:（1）分别对ssDNA/SWCNTs、MWCNTs和GO悬浮液进行表征实验,分析了它们的形态和直径,碳结构和Zeta电位等物理化学性质。经表征发现碳管相互交错形成类似网状结构,GO呈片状结构。其纯度比为:ssDNA/SWCNTs>GO>MWCNTs。而且通过分散性表征发现CBNs均具有较强负电性,在水中均能稳定的分散,其排序为ssDNA/SWCNTs>GO>MWCNTs。（2）将浓度为1,2,10,50,100 μg·mL-1的三种CBNs悬浮液分别与莱茵衣藻共培养,观察不同浓度CBNs对其生长的影响。结果表明CBNs对莱茵衣藻的生长抑制随着其浓度的增加而变大。选用10μg·mL-1的CBNs悬浮液分别与衣藻细胞共培养观察细胞形态及其在细胞内的定位。结果显示三种CBNs均能进入衣藻细胞质中;GO可诱导莱茵衣藻生长前期的细胞与其聚集成团。上述结果表明,三种CBNs对莱茵衣藻均具有低毒性,毒性大小为GO>ssDNA/SWCNTs>MWCNTs。（3）使用三种CBNs分别处理莱茵衣藻,之后进行密闭缺硫产氢培养。测定三者的产氢量、净光合放氧速率、PSII光化学量子产量（Fv/Fm）和电子传递速率（ETR）。结果显示共培养物中,ssDNA/SWCNTs,MWCNTs和GO进一步降低了衣藻细胞的Fv/Fm和ETR。测得的净光合放氧活性数据显示为负值,说明在此条件下共培养衣藻细胞和对照衣藻细胞的呼吸速率大于光合放氧速率,尤其是添加GO的衣藻细胞净光合放氧速率与对照存在极显著差异。这一系列影响造成产氢量的增加,特别是共培养物在产氢条件下培养到第七天,加入GO、ssDNA/SWCNTs或者MWCNTs的共培养物的氢气产量分别高出对照2.6倍、2倍和1.6倍。综上所述,本研究在表征三种CBNs理化性质的基础上,具体分析了其对莱茵衣藻的毒性机理。三种CBNs的纳米尺寸、形态以及分散性不尽相同,对衣藻细胞造成的毒性也不相同,毒性效应大小排序为:GO>ssDNA/SWCNTs>MWCNTs。由此可见,纳米材料的外径、形状、浓度以及分散性等性质均可能是影响藻类生长的原因。我们重点研究了三种CBNs对莱菌衣藻PSII光合活性和光合产氢的影响,结果表明三种CBNs均可通过进一步降低PSII活性,限制光合放氧能力,诱导衣藻细胞加快建立缺氧状态促进莱茵衣藻光合产氢,其促进作用大小为:GO>ssDNA/SWCNTs>MWCNTs,本研究为进一步寻找合适的纳米材料,大幅提升衣藻产氢量奠定了基础。