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。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。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440 480 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衄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Ti02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PS I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、PS II的DCPIP光化学还原活性和氧气释放速率明显提高，而对PS I DCPIP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PS II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PS II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PS II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PS II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675nm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PS II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PS II和PS I分配，减缓因加入亚麻酸后PS II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PS II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。