光合作用是地球上最重要的化学反应，是所有生命活动的能量来源。工业发展，大气中CO2浓度升高，导致环境的污染，人口迅速增长，带来食物和能源的危机。提高植物光合产率，特别是提高光合自养生物固定CO2的效率，成为当前光合作用研究的重点和前沿。蓝藻作为原核生物虽然结构简单，但其主要营养方式—放氧光合作用与其它真核藻和高等植物很相似。蓝藻是进行光合作用生物学基础研究的理想的模式系统，对蓝藻光合作用及相关科学问题的研究不仅为生物学基础研究提供了平台，也为微藻生物技术的发展奠定了基础。 本论文选择鱼腥藻7120和聚球藻7002作为研究对象，围绕着蓝藻最基本的代谢过程－光合碳代谢，通过一系列生理、生化指标的变化，在细胞水平和分子水平上考察了不同影响因子的作用和效果，研究了蓝藻细胞生长、分化和衰亡过程中光合碳代谢特征及碳氮相互作用，并结合文献报道对可能的调控机理进行了较深入的分析讨论，主要结果如下： (1)通过对聚球藻混合营养生长过程中光合碳代谢与有机碳源利用之间的关系的考察，发现葡萄糖、蔗糖、氨基葡萄糖等有机碳源对藻的生长有促进作用，光自养细胞加入有机碳源后，其光合放氧速率不变或下降。经过一个适应和诱导的过程，有机碳源对藻细胞的光合放氧速率有较强的促进作用；研究了NaHCO3对藻细胞利用有机碳的影响，发现加入适量的碳酸氢钠后，以有机碳源为底物的藻的光合放氧速率显著提高，而且同时补加无机碳和有机碳比单独添加有机碳对藻细胞生长的促进作用更显著。表明在聚球藻的混合营养培养过程中，不仅存在有机碳源对光合作用的促进，而且存在着无机碳对有机碳同化过程的促进作用，即聚球藻细胞利用无机碳和有机碳的机制之间存在着协同作用，此研究结果未见报道。 (2)以转高等植物ald和tpi基因的鱼腥藻7120为对象，考察了不同培养条件下转基因藻和野生藻细胞生长、光合及相关酶活性等指标的差异，结果表明，ALD和TPI表达量的提高，显著增加了宿主细胞的光合固碳效率。在3％CO2条件下，转基因藻的培养密度比空气中提高了3.74倍，而野生藻仅提高了1.2倍。转基因藻的光合放氧速率比野生藻提高了70％。与野生藻相比，转基因藻对无机碳的亲和力更高。外源无机碳浓度越高，这种差异越显著。在空气中仅提高63％，而在2％CO2条件下，转基因藻对无机碳的亲和力提高了4倍。双酶基因的引入及表达，不仅提高双酶本身的活性，而且对碳酸酐酶(CA)的活性也有影响。在野生藻和转基因藻中，CA活性随着NaHCO3浓度的增加而急剧下降，随着CO2浓度的增加而增加。本研究结果表明，Calvin循环关键酶活性的增加可以有效提高光合作用效率。 (3)利用鱼腥藻细胞缺氮条件下会分化产生异形胞的特性，研究光合细胞中碳氮代谢途径间的相互作用以及协同调控。通过一系列环境因子，包括碳源浓度和种类、氮源浓度和种类、光强及NaCl浓度对鱼腥藻7120氮代谢、异形胞发育及发生频率的影响实验，结果表明，蓝藻细胞维持碳氮代谢间平衡时，有利于藻细胞的生长，单独提高碳源或氮源浓度都会影响藻细胞的生长。CO2和NaHCO3均抑制藻细胞对NO3-的吸收，但CO2的抑制作用更强。首次发现在NO3-存在的条件下，提高CO2浓度可以诱导鱼腥藻细胞大量产生异形胞，而增加NaHCO3则没有这种效果。 (4)以转细菌荧光酶基因的鱼腥藻7120(Anabaenasp.PCC7120)为研究对象，在添加不同浓度的As2O3培养基中进行光自养培养，研究砷对藻细胞生长、光合活性和基因表达的影响。研究结果表明，低浓度的砷对于藻细胞的生长和代谢有刺激作用，但随着砷浓度的增加，砷的毒害作用趋于严重，藻细胞生长和光合作用都受到严重抑制，细胞形态迅速转变为衰老状态。砷对于藻细胞的作用机理可能与对动物细胞的影响相同，都是诱导细胞凋亡。由于所转荧光酶基因对环境因素变化敏感，若对其他因素影响亦能得到相似结果，有可能作为水体污染程度的生物指示剂。