南极是地球上最冷的地区之一，低温是其最基本的特征。海冰是极地物理环境的重要组成部分。南极冰藻就是指生活在南极海冰、海冰边缘或海水中的一大类微藻。海冰中间存在大量网状的盐囊和盐通道，其中海水的盐度可以达到普通海水的3倍，甚至5倍。并且冰藻生活的冰层是一个低光照、寡营养和少气体交换的场所。每年南极的春夏季，海冰的融化时冰藻周围的环境发生巨大的变化，在日积月累海冰的冻溶变化中，冰藻逐渐形成了适应这种变化的生理生化机制。 正是冰藻这种特殊的生理特征，使其成为研究低温生物学的良好试验材料；此外，冰藻也是新型活性物质的潜在来源。为了更加合理的开发南极的低温藻类资源，从应用上丰富我国现有的微生物资源，从中开发出有价值的生物活性物质和产品，本文主要以南极衣藻Chlamydomonas sp.L4(南极衣藻L4)为材料，进行叶绿体生理生化特性及其低温环境适应性的研究，以期为南极冰藻抗逆机理的研究和应用开发提供科学依据。对所取得的主要结果概括于下。 1、利用光学显微镜、扫描和透射电镜对正常培养南极衣藻L4和低温胁迫下的形态和超微结构进行研究。结果表明，南极衣藻L4的主要特点为：细胞壁较厚，无鞭毛端存在着明显的质壁分离现象，细胞内贮存有大量的淀粉颗粒，细胞壁和细胞膜之间充满大量的黑色颗粒物质。南极衣藻L4的叶绿体并不是简单“杯状”，而是以类囊体片层的形式分布在除细胞核区域的整个细胞中，细胞器之间以及淀粉颗粒之间都是类囊体片层结构。海水成冰胁迫后线粒体结构基本没有变化，能够使南极衣藻L4在低温下正常的能量供应，保证其正常代谢。而类囊体片层模糊，扭曲，膨大。采用蔗糖梯度法分离制备的南极衣藻L4叶绿体纯度和得率都很高。 2、以正常培养的南极衣藻L4作为对照，通过比较低温胁迫过程中类囊体膜色素、类脂、脂肪酸和色素蛋白复合物的变化情况，分析这些成分对南极衣藻L4低温海水成冰环境适应性的作用：(1)富含叶绿素b的集光色素蛋白复合体(LHC)对于南极衣藻L4产生低温适应性发挥着重要作用；叶黄素通过参与低温下植物光合机构中过剩光能的耗散，并且增强膜流动性也对南极衣藻L4低温适应性有着很好的效果。(2)MGDG能够在低温弱光的环境下维持类囊体膜特殊结构的稳定；十八碳-9，12，15-三烯酸不仅维持类囊体膜的流动性，还可以促进重新合成的D<,1>蛋白装配到PS Ⅱ反应中心的速率；反式十六碳-3-烯酸能够降低“高熔点”PG的含量，促进IMCⅡ解聚。(3)完整PSI复合物、ATP合成酶、细胞色素b6f复合物和RuBP羧化酶在低温环境中能够保持稳定；LHC Ⅱ在PSⅡ蛋白复合物上结合的紧密程度会影响南极衣藻L4对于低温弱光环境的适应性；LHCⅡ结构的变化即LHC Ⅱ寡聚体解聚，是低温适应性的重要保障。 3、通过研究低温胁迫对南极衣藻L4类囊体膜流动性、损伤性和功能的影响，发现：南极衣藻L4通过膜成分的改变来维持其类囊体膜的流动性，以适应低温海水结冰的环境；总体上胁迫期间类囊体膜受到的伤害不大，脂氧合酶活性上升幅度很小，并且很快出现活性下降的趋势，说明南极衣藻L4体内有充分的应激机制，来抵御低温海水成冰胁迫对不饱和脂肪酸的氧化作用，SOD酶是保持类囊体膜不受伤害的关键酶；南极衣藻L4类囊体膜希尔反应活性测定结果表明，净光合速率在胁迫过程中先下降再上升；在海冰环境中，南极衣藻L4类囊体膜H<+>-ATPase的活性明显增强，从而保障有效的光合磷酸化反应。 对南极衣藻L4进行低温胁迫，从藻体形态结构、类囊体膜生化成分和生理功能等方面分析了南极衣藻L4对低温环境适应性的机理。