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纳米氧化钛(Nano-anatase TiO2,以下简称纳米TiO2)已被证明在光照下具有氧化还原效应,在光解制氢等方面已有大量的研究报道。纳米TiO2在紫外光激发下发生电子跃迁产生电子空穴对,将电子捕获其空穴具有还原作用,而将空穴捕获其具有氧化作用。我们以往的研究证实纳米TiO2的光催化特性能明显增强菠菜的光合效应,但其能量吸收、转化和传递的机理尚不明朗。因此本学位论文围绕纳米TiO2促进光合作用能量吸收、分配及转换中的若干问题,开展研究了一系列工作。论文主要涉及以下内容:1.研究了不同浓度的锐钛矿型纳米TiO2对叶绿体膜光谱特性和光系统活性的影响。观察到纳米TiO2处理的叶绿体膜在红光区和蓝光区的吸收峰值明显增加,且Chla的Soret带与Q带峰强比增大,表明叶绿体膜的光能吸收增强;用440或480 nm光激发后纳米TiO2处理的叶绿体膜其680 nm的荧光产额大幅度增加,表明光能的利用和转化效率明显提高;以680 nm波长作为发射光时,纳米TiO2处理的在440和480 nm附近的激发带显著增强,且F480/F440峰强比也降低,促进了叶绿素b和类胡萝卜素向叶绿素a的能量传递。而以720 nm波长作为发射光时显示纳米TiO2处理的菠菜叶绿体膜在650和677 nm处的激发带增强,且F650/F677比值增加,说明由叶绿素b向PSⅠ反应中心叶绿素a传递能量的效率提高。与此同时叶绿体的全链电子传递活性、PSⅡ的DCPIP光化学还原活性和氧气释放速率明显提高,而对PSⅠDCPIP光化学还原活性影响不大。2.通过紫外可见光谱、荧光光谱等手段研究了纳米TiO2对PSⅡ内部能量传递的影响。结果表明适当低浓度纳米TiO2处理引起PSⅡ的微环境或构象发生适宜的改变,对可见光吸收能力增强;低浓度纳米TiO2处理对PSⅡ蛋白质内部氨基酸之间的能量传递有促进作用,加快酪氨酸残基至叶绿素a之间的能量传递,提高PSⅡ的光化学活性,进而导致水的光解和氧气释放加快。3.利用各种光谱学手段研究了纳米TiO2对菠菜光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心D1/D2/Cytb559复合物光谱特性的影响。观察到经纳米TiO2处理的菠菜D1/D2/Cytb559复合物在可见光谱的Soret区和Q区的吸收峰发生蓝移,且吸收峰值明显增加;共振拉曼光谱显示出四个胡萝卜素主要特征峰强度显著高于对照,并观察到675 nm处的荧光发射峰蓝移,且峰强度也大幅度增加。纳米TiO2处理明显加快复合物的DCPIP光还原速率和PSⅡ颗粒氧气释放速率。提示纳米TiO2结合到D1/D2/Cytb559复合物上并改善了其分子构象及发生了光敏化,加强了该复合物原初电荷分离、电荷重组和能量传递的功能。4.研究了纳米TiO2在调节亚麻酸对菠菜叶绿体光谱特性和氧气释放等的影响。研究纳米TiO2在调节亚麻酸对菠菜叶绿体光谱特性和氧气释放等的影响后发现,纳米TiO2能够降低被亚麻酸所增强的对光的吸收;在亚麻酸处理的叶绿体中加入纳米TiO2后,促进激发能向PSⅡ和PSⅠ分配,减缓因加入亚麻酸后PSⅡ的荧光产额下降幅度;不同浓度的亚麻酸处理使得叶绿体的氧气释放减慢,而加入纳米TiO2后氧气释放速率加快。认为纳米TiO2能够与亚麻酸结合,并可减轻亚麻酸对叶绿体结构和功能所产生的破坏作用。5.研究了纳米TiO2在调节亚麻酸对菠菜叶绿体电子传递活性的影响。结果表明,不同浓度亚麻酸可明显抑制叶绿体的全链电子传递、两个光系统的光还原活性,尤其是能显著抑制PSⅡ还原侧和氧化侧的光还原活性和氧气释放;而在亚麻酸处理的叶绿体中加入纳米TiO2后可明显降低亚麻酸对叶绿体电子传递、两个光系统的光还原活性和氧气释放的抑制作用,提示纳米TiO2在一定程度上可解除亚麻酸对叶绿体光化学反应的抑制作用。