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藻胆体（Phycobilisomes,PBS）是存在于红藻和蓝藻中的水溶性捕光色素蛋白复合体,可将能量以95%以上的效率传递至光合反应中心（Reaction center,RC）,这种高效的能量传递效率一直备受人们关注。近年来,随着超快激光光谱技术的日趋成熟,藻类光合作用中,藻胆蛋白和光系统Ⅱ（PhotosystemⅡ,PSII）的内部原子、分子之间能量传递研究日益成为物理和生命科学交叉研究的热点问题。研究PBS的能量传递机制可以为开发水下蓝绿光捕光器件或人工光合器件提供理论基础。因此本实验利用生理生化技术结合光谱学技术研究了PBS超分子复合体水平（来自Synechocystis sp.PCC 6803和Thermosynechococcus vulcanus NIES 2134,分别简称S.6803和T.2134。）、组件水平（PBS重组核结构蛋白-r APC）以及细胞水平的能量传递机制,并基于研究结果分析了PBS的结构与能量传递之间的关系。主要内容如下:（1）以模式蓝藻S.6803的PBS为材料,通过稳态光谱及时间分辨光谱揭示PBS的能量传递动力学。结果表明,S.6803 PBS的主要吸收峰（621 nm）来源于藻蓝蛋白（Phycocyanin,PC）发色团,其PC吸收峰较未组装成PBS的PC而言红移了约5 nm,这反映了PBS组装过程中,色基微环境对发色团光谱性质的影响;在PBS的能量转移过程中,存在9 ps、115 ps和1680 ps三个时间分量,其中9 ps为能量从PC转移到APC的时间;115 ps为能量从PBS杆结构传递到PBS核心结构的时间;1680 ps为S.6803 PBS的能量从吸收到从PBS末端能量受体发射荧光的时间,这证实PBS内存在多时间尺度的传能过程;此外,CD光谱结果显示,除了660 nm处APC中的激子对,S.6803 PBS在670 nm处PBS末端能量受体中也存在激子对。激子相互作用传能机制相比传统的F?rster传能机制发生在更快的能量传递时间尺度内,且回避了F?rster传能中能量跳跃导致的损耗问题,因此激子对的存在可能是PBS核结构高效传能以及诱发PBS内存在多时间尺度传能的原因。由于S.6803的三核六杆型PBS广泛存在于蓝藻中,本研究结果为理解蓝藻PBS的高效能量传递过程提供数据参考。（2）以生活在高温环境且具有特殊杆-核连接组件的T.2134 PBS为实验材料,研究其能量转移动力学。结果表明在T.2134中,能量从PC转移到APC的时间为10 ps;从PBS杆结构传递到PBS核心结构的时间为80 ps;从吸收到传递至PBS末端能量受体并荧光发射的时间为1250 ps。这与S.6803 PBS的能量传递时间明显不同,进一步表明PBS的结构差异将影响PBS的能量转移过程。CD光谱结果显示,与S.6803 PBS一样,T.2134 PBS的核结构中存在两对色素激子对,表明尽管T.2134的PBS结构较为特殊,但核结构中依然存在强耦合激子相互作用,这被认为是蓝藻核结构高效传能的基础。（3）为揭示PBS核心结构高效的能量传递机制,我们选择纯度较天然APC更纯的基因重组别藻蓝蛋白-r APC（来自S.6803）为实验材料。通过测量稳态光谱、CD光谱以及多种时间分辨光谱研究了r APC的能量传递动力学。结果表明r APC和天然APC在测试条件下能保持一致的光谱特性和活性构象;且在r APC三聚体中,α84PCB和β84PCB可以组成激子色素对,这种强耦合导致的激子分裂被认为可以提高三聚体的能量传递效率;另外,对r APC三聚体的能量传递过程进行了研究,发现能量从620 nm传至650 nm的时间为300～600 fs,同时还存在19 fs内的电子退相干过程;通过二维电子光谱及宽带瞬态光栅进一步探测发现r APC中660 cm-1以及820 cm-1范围的振荡信号被认为最有可能与振动耦合相干传能过程有关,且这两个振动模可能促进r APC的传能。由于相干态传能的叠加态具有量子计算的特征,可以通过单次量子计算给出最优化的路径,能量通过一次传能步骤就能高效、精准的传给目标分子,因此以上结果为揭示蓝藻PBS核结构的高效能量传递机制提供了数据基础。（4）为揭示PSII光合电子传递速率的变化对PBS结构的影响,以S.6803细胞为实验材料。监测S.6803的生长状况并进行叶绿素荧光探测,发现S.6803的生长速率及光合电子传递速率之间表现出铜、铁浓度关联。细胞稳态光谱结果显示细胞中PBS的含量变化受铜、铁浓度的关联影响,这说明在PBS所需的色基（藻蓝胆素）合成充足的情况下,PBS与叶绿素蛋白的含量比例受到电子传递速率的影响。但是,单独的铜浓度变化对PBS的含量的影响相对较弱;PBS的提取、结构鉴定及稳态光谱结果显示,铁浓度的变化,将影响PBS的合成情况,但不会影响完整PBS的结构稳定性。铜浓度的变化则会改变PBS的结构稳定性,且结构稳定性的变化与铜浓度关联的电子传递速率的变化趋势一致,这可能是由于PBS杆结构的改变。以上结果均证实光合电子传递速率的变化会对PBS的结构产生影响,这种影响可能主要作用于PBS的杆结构,以调控PBS的光捕获量。通过研究不同尺度的PBS样品的能量传递机制,可以得出以下结论:在完整PBS的能量传递过程中存在两种时间尺度的传能过程,体外重组的PBS核结构蛋白-r APC中也存在两种时间尺度的传能过程,这证明PBS传能过程中快速传能和慢速传能同时存在。PBS的核结构中存在色素激子对,体外重组的PBS核结构蛋白-r APC中也存在色素激子对,其中色素激子对的存在很可能与PBS核结构的快速传能过程有关,且可能引发相干共振能量转移过程。此外,PBS的结构进化受到藻类生境的影响,而结构决定了其能量传递过程。除了外部环境会影响PBS的结构,藻细胞内部光合电子传递速率的变化也会影响PBS的结构,以使得能量传递效率最优。本研究结果为理解蓝藻PBS的高效能量传递过程提供数据参考。