蓝细菌水华是富营养化湖泊中非常常见的生态灾害,对其进行防治的基础是揭示水华发生的机理。在我国报道的蓝细菌水华中,铜绿微囊藻是最主要的蓝细菌之一。铜绿微囊藻表面的胞外多糖中含有大量的纤维素,纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖,由独特的丝状纤维组成,这种纤维素具有多孔网状结构,是一种纳米级的生物高分子聚合物,具有很高的工程应用价值。蓝细菌纤维素的生物合成与很多细菌有非常相似的发生机制,本研究基于其分子生物学合成机制推测其合成可能受环二鸟苷酸的调控。本文以铜绿微囊藻藻株CHAOHU-1326(Microcystis aeruginosaaa CHAOHU-1326)为实验的研究对象,探究了 8种不同的L型氨基酸对铜绿微囊藻的生长以及胞外多糖合成产生的影响;对藻株M.aeruginosa CHAOHU-1326纤维素合成酶基因编码的蛋白进行了生物信息学分析;构建了纤维素合成酶的异源表达和过表达系统,以探究环二鸟苷酸(c-di-GMP)对多糖合成的作用。本文的主要研究内容和研究结果如下:(1)L-精氨酸和L-赖氨酸对铜绿微囊藻CHAOHU-1326的生长有促进作用,而对胞外多糖的合成有抑制作用;L-蛋氨酸和L-异亮氨酸对铜绿微囊藻CHAOHU-1326的生长量几乎没有影响,但对其胞外多糖的合成有促进作用:L-缬氨酸、L-脯氨酸、L-组氨酸和L-甘氨酸对铜绿微囊藻的生长有抑制作用,对胞外多糖的合成有促进作用。上述结果表明,L型氨基酸有可能作为第一信使分子对铜绿微囊藻产生不同的生理影响,包括纤维素多糖的合成。(2)基因celA编码的蛋白CelA的氨基酸数目为741,分子量84.84 KD,等电点8.71,为不稳定疏水性蛋白,存在9个螺旋跨膜区。BcsA的氨基酸数目为475,分子量53.51 KD,等电点5.65,是稳定的疏水性蛋白,存在4个螺旋跨膜区。CelA和BcsA均为定位到细胞膜上的纤维素合成酶,无信号肽,蛋白质二级结构主要由α螺旋、无规卷曲和延伸链构成。其中CelA蛋白为具有PilZ结构域的纤维素合成酶,可能受c-di-GMP的调控,催化的底物是UDP-葡萄糖。而BcsA可能具有催化多糖链延伸的作用。从上述分析可以得出,铜绿微囊藻CHAOHU-1326的纤维素合成可能受环二鸟苷酸的调控,当藻细胞接受到外界环境第一信使的信号刺激后,由第二信使放大信号,然后调控纤维素合成酶的活性,催化葡萄糖合成纤维素。(3)成功构建了纤维素合成酶基因celA的蛋白表达系统,成功构建了 celA和bcsA的过量表达系统。成功将重组质粒pET-32a(+)-celA分别转化入表达宿主大肠杆菌 E.coli BL21(DE3)、E.coli RosettagamiTM2(DE3)plysS、E.coli C43(DE3)pLysS进行异源表达。通过三亲本杂交构建纤维素合成酶过表达体系,构建了重组质粒 pRL1342-celA和 pRL1342-bcsA。综上所述,本文针对铜绿微囊藻纤维素合成的研究,可为蓝细菌资源化应用提供一定理论依据,为蓝细菌纤维素的开发应用奠定基础;另外可加深对蓝细菌水华的科学认识,从而为蓝细菌水华的防治提供理论支持。