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藻蓝蛋白是节旋藻（Arthrospira）等藻类吸收和传递光能的色素蛋白，它不仅具有抗氧化，抗肿瘤等作用，还是一种天然色素，广泛用于医药、食品、化妆等行业，具有很高的应用价值。血红素氧化酶是表达光学活性藻蓝蛋白过程的关键酶，能催化细胞中的血红素生成胆绿素，再经过铁氧化还原蛋白酶产生藻蓝胆素，藻蓝胆素再经色基裂合酶催化与脱辅基蛋白结合形成完整的具有光学活性的藻蓝蛋白。因此，血红素氧化酶基因的克隆和功能研究是重组表达有光学活性藻蓝蛋白的前提。本实验利用染色体步移的方法首次克隆了钝顶节旋藻(Arthrospira platensisFACHB314)的血红素氧化酶基因hox1，通过开放阅读框分析hox1基因ORF长为729bp，经过DNAMAN软件推测其含有242个氨基酸，分子量为27.7kD，等电点pI为5.54。其中疏水性氨基酸108个，极性氨基酸67个，碱性氨基酸33个，酸性氨基酸34个。利用SMART软件分析其二级结构表明，-螺旋是其结构的主要组成部分，占48.76%，主要集中于中间及C端。经Blastp分析发现克隆得到的节旋藻Hox1含有血红素氧化酶的保守结构域，其氨基酸序列中含有8个保守位点构成了血红素氧化酶的结合口袋。经MAGA5.0构建Hox1的系统进化树（NJ树）并进行聚类分析，结果发现与GenBank中报道的极大节旋藻（Arthrospira maxima CS-328）氨基酸序列相似性最高（为97%）而聚为一支。在克隆了hox1基因的基础上，我们将其构建了表达载体pET-hox1(314)-pcyA，与含有藻蓝蛋白亚基基因和色基裂合酶基因的质粒pACYCDuet-ussBcpcBA-cpcE-cpcF共转化大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)，大肠杆菌阳性克隆菌体呈蓝绿色，经荧光光谱检测在635nm表达出藻蓝蛋白特征荧光峰，表明本实验克隆到的是节旋藻的血红素氧化酶基因（hox1），它具有催化血红素形成胆绿素进而形成藻蓝胆素的功能。为了深入研究Hox1的功能，需要建立高效而稳定的藻蓝蛋白异源表达和处理条件，为此本实验分别研究了不同溶剂处理条件对重组表达菌株低温荧光的影响，和不同诱导表达条件对重组表达菌株低温荧光的影响。结果发现用pH为7.0，0.01mol/L PBS处理菌体沉淀时，藻蓝蛋白的低温荧光发射光谱最为理想，发射峰位于635nm处，荧光强度最强。经过对温度、IPTG浓度、时间三个诱导表达条件进行单因子预实验，及温度（20°C，28°C，37°C），IPTG（0.1mmol/L，1mmol/L，10mmol/L）,时间（2h,6h,10h）三因素三水平的正交试验，通过检测藻蓝蛋白的表达量及低温荧光强度，得出了荧光活性藻蓝蛋白的最佳诱导表达条件为37℃条件下，添加0.1mmol/L IPTG诱导2h。在此基础上，为了发掘和分析Arthrospira platensis FACHB314的hox1基因的活性位点，我们对获得的hox1基因进行了一系列位点的突变，其中146位氨基酸由蛋氨酸（M，非极性氨基酸）变为苏氨酸（T，极性氨基酸），156位氨基酸由苯丙氨酸（F，非极性氨基酸）变为酪氨酸（Y，极性氨基酸），突变菌株几乎不能表现出蓝绿色。表明第146和156位氨基酸是节旋藻血红素氧化酶的重要活性位点，这两个位点的改变使Hox1功能受到严重影响。此外通过将本实验构建的含有节旋藻Arthrospira platensis FACHB314hox1基因的重组表达菌株E.coli/uBAEF (314)、 E.coli/uBA (314)与实验室前期构建的含有集胞藻Synechocystis sp. PCC6803hox1基因的重组表达菌株E.coli/uBAEF (6803)、E.coli/uBA(6803)的荧光强度进行比较，发现单位质量藻蓝蛋白荧光强度差异显著，E.coli/uBAEF (314)比E.coli/uBAEF (6803)高23.0%， E.coli/uBA (314)比E.coli/uBA (6803)高55.9%，说明在催化重组表达有荧光活性的节旋藻藻蓝蛋白时，Athrospira platensis FACHB314的Hox1活性比Synechocystis sp. PCC6803的高。本论文首次克隆了钝顶节旋藻(Arthrospira platensis FACHB314)的血红素氧化酶基因hox1，并在大肠杆菌中证明了其在表达有荧光活性藻蓝蛋白中的作用，为有光学活性藻蓝蛋白的异源重组表达和应用奠定了重要基础。