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氢气是理想的清洁燃料，也是重要的化工原料。但是，目前消耗大量电能和化石能源的工业制氢方法不可持续。绿藻光合产氢是绿藻利用太阳能在叶绿体中进行的温和制氢反应，实现了制氢过程无污染和可持续发展。由于缺乏高光效产氢藻株，藻类产氢的工业化应用受到限制。因此，在研究藻类光合产氢机理的基础上构建高产氢藻种十分重要。本研究以光合产氢的模式藻种莱茵衣藻为材料，利用随机插入方法构建突变体库，通过叶绿素荧光与气相色谱分析方法筛选到一个高产氢突变体hpm91(hydrogen production mutant91)。hpm91产氢量可达野生型30倍以上，可持续产氢25天，是目前本领域产氢量最高的突变体。分子遗传学分析表明hpm91为质粒单拷贝插入突变体，其5号染色体上包括PGR5在内的四个基因被删除。基因互补藻株的生理生化分析表明hpm91的高产氢表型是由PGR5蛋白缺失引起的。为研究hpm91的高产氢机理，我们比较了hpm91和野生型在光合产氢方面的生理生化差异，得到了以下主要结果:1)缺硫后hpm91与野生型的放氧和呼吸速率没有明显差异，它们达到零氧期所用时间相同。2）对淀粉含量进行测定，发现缺硫后hpm91淀粉的积累量与野生型相同，产氢过程中淀粉降解速率低于野生型，表明间接途径对hpm91产氢的贡献小于野生型;外加DCMU抑制PSⅡ电子传递，发现hpm91产氢的电子主要由PSⅡ供应。3）对产氢条件下的光合膜蛋白复合体进行蓝绿温和凝胶电泳分析，结果表明hpm91的PSⅡ及PSⅠ比野生型更稳定。4）对hpm91与野生型的抗氧化能力进行比较。外源活性氧试剂胁迫处理实验发现hpm91对过氧化氢和叔丁基过氧化氢的抗性强于野生型;测定产氢条件下细胞活性氧清除系统相关酶的活性，发现hpm91的酶活性高于野生型。基于以上分析结果推测，hpm91产氢能力的增强和产氢持续时间的延长，可能是由于hpm91细胞对活性氧的清除能力的增强保护了光合电子传递链，更稳定的PSⅡ和减弱的环式电子传递为氢酶提供了更多的电子。该突变体的获得和对其产氢机理研究中的新发现为人们进一步理解光合产氢的机制和构建更多的高产氢藻株提供了有价值的研究基础。