蓝藻是地球上最早出现的原核放氧光合生物,广泛分布于陆生和水生生态系统,对全球初级生产力和生物固氮具有重要作用。由于光合作用需要太阳光提供能量,因此蓝藻不可避免地暴露于地球表面的紫外辐射。在长期生命进化历程中,蓝藻已进化出应对紫外辐射的适应性机制,例如产生类孢菌素氨基酸（Mycosporine-like amino acids,MAAs）作为抗紫外物质等。MAAs是一类无色的水溶性紫外吸收小分子物质,广泛存在于放线菌、真菌、蓝藻、大型藻、珊瑚及一些无脊椎动物。不同的氨基酸在环己烯酮的C1和C3侧链发生取代,便形成各种不同的MAAs,也使不同MAAs呈现不同的紫外吸收特性。MAAs对紫外辐射具有很高的摩尔吸光系数,可将吸收的紫外辐射转变为热能散发到环境中,从而避免紫外辐射对生物造成的伤害。当前市场已有商品化的防晒产品将MAAs作为其配方的活性成分,现在人们依然在不同光合生物蓝藻中发掘新型的MAAs,以创制新一代防晒产品。近期,实验室在我国干旱半干旱荒漠地区的陆生蓝藻发菜中鉴定了一种新型MAA mycosporine-2-（4-deoxygadusolyl-ornithine）。在此基础上,本论文在其他强阳光辐射的干旱地区分离蓝藻,以探寻新型MAAs;也探索林荫下紫外-可见光缺乏而远红光富集生境中蓝藻产生的MAAs类型;此外,也研究了光照波动的陆生土壤和淡水生境中广泛分布的Nostoc蓝藻产生的MAAs种类,主要获得了如下研究结果:Chetimari地区位于非洲尼日尔东南部,全年太阳辐射强、降水量少,属于沙漠性气候。本研究从该地区裸露农田土壤表层采集土壤样品,经室内富集培养,分离纯化出一株丝状蓝藻。形态特征和16S rDNA系统发育分析可将这株蓝藻命名为Pseudanabaena sp.CCNU1。Pseudanabaena sp.CCNU1在白光下不合成MAAs,但在UV-B辐射下诱导合成MAAs,并且另一类抗紫外保护剂类胡萝卜素的合成也增强。高效液相色谱的分离表明Pseudanabaena sp.CCNU1在UV-B诱导下主要合成一种类型的MAA,在线吸收光谱和质谱进一步证实该MAA为 palythine-serine。在连续 0.15 Wm-2 的 UV-B 处理 4 天之后,Pseudanabaena sp.CCNU1 的palythine-serine合成量达到最大,为16mg MAA·g-1干重藻细胞。液相色谱-质谱联用的方法鉴定了 Pseudanabaena sp.CCNU1中的蓝藻叶黄素、玉米黄质、角黄素、海胆酮、β-胡萝卜素等类胡萝卜素,其中蓝藻叶黄素、玉米黄质和角黄素在Pseudanabaena sp.CCNU1中的含量与UV-B辐射时间呈正相关,而UV-B降低Pseudanabaena sp.CCNU1中的海胆酮和β-胡萝卜素含量。综上所述,Pseudanabaena sp.CCNU1是首次报道的UV-B仅大量诱导palythine-serine合成的生物。Pseudanabaena sp.CCNU1可以作为抗紫外保护剂palythine-serine和类胡萝卜素生产的理想材料,也可用于遗传学研究它们的合成途径。MAAs对蓝藻抵御紫外辐射具有重要功能,常报道于高光辐射环境中的蓝藻。该研究尝试检测实验室前期从林下树荫岩石、土壤、池塘水体、溪流等生境中分离的叶绿素f蓝藻,结果意外发现Chroococcidiopsis属的四株蓝藻在UV-B诱导下产生了 MAAs,并且MAA的含量随着UV-B处理藻株时间的延长而增加。Chroococcidiopsis属的四株蓝藻甲醇提取液均在高效液相色谱分离的相同保留时间检测到一种类型的MAA,在线吸收光谱和质谱及基因组分析进一步证实Chroococcidiopsis属的这四株蓝藻合成的MAA为mycosporine-glycine。上述结果表明,在紫外-可见光缺乏而远红光富集的稳定光照环境中分布的蓝藻也具有产生MAAs的能力,这也预示着MAAs可能具有抵御紫外辐射之外的其他生态功能。念珠藻（Nostoc）是广泛分布于多种生境下的陆生固氮丝状蓝藻。在含氮和缺氮情况下,UV-B 辐射均显著增加 Nostoc linckia、Nostoc muscorum 和 Nostoc paludosum 三株念珠藻中 MAAs的含量,而且这三株Nostoc属蓝藻中的MAAs含量也随着UV-B处理时间的延长而增加。UV-B处理的N.muscorum和N.paludosum在缺氮条件下合成的MAA含量分别低于他们在含氮条件下的MAA合成量,UV-B诱导N.linckia对MAA的合成量在含氮和缺氮条件下相似。经过高效液相色谱的分离及在线吸收光谱和质谱的鉴定,结果表明在含氮和缺氮条件下,UV-B诱导的 N.linckia 产生 porphyra,UV-B 诱导的 N.muscorum 产生 shinorine。然而,经过 UV-B 照射后,N.paludosum在含氮培养条件下产生porphyra,在缺氮条件下产生的却是shinorine。以上结果表明,氮素营养水平可调节念珠藻合成MAA的类型和产量,但这与念珠藻藻株有关。总之,本论文从强光辐射的干旱土壤中分离了一株蓝藻Pseudanabaena sp.CCNU1,Pseudanabaena sp.CCNU1 是第一株在 UV-B 辐射下仅大量产生 MAA palythine-serine 的生物;在林荫下的岩石、土壤、池塘水体、溪流等生境中的Chroococcidiopsis蓝藻,在UV-B辐射下产生最简单的MAA mycosporine-glycine;而在光照波动的陆生土壤和淡水水体广泛分布的Nostoc属蓝藻在UV-辐射下合成的MAA种类与藻种和氮素营养含量有关。这些结果表明在林荫下紫外-可见光缺乏可远红光富集的相对稳定光照环境中,蓝藻产生单一类型及结构简单的MAAs,强光辐射及干旱的极端环境中的蓝藻可产生潜在的新型MAAs,而光照波动的陆生环境中的蓝藻产生的MAAs类型可能与蓝藻种类和营养含量有关。因此,光照和营养在蓝藻合成MAAs的种类中具有重要的调控作用。