光生物学制氢技术可利用太阳能作为能量的直接来源,以可再生的生物体或生物酶充当产氢的催化剂,是目前制氢领域的研究热点。在光照和无氧条件下,莱茵衣藻中的氢化酶能够将光解水或胞内有机物分解所产生的质子和电子催化转化为氢气。然而,正常光合作用产生的氧气极易使氢化酶失活,从而降低莱茵衣藻的产氢效率。本文借助莱茵衣藻细胞的内吞能力,通过胞内修饰耗氧的级联酶纳米粒子构筑莱茵衣藻杂化细胞,直接降低了胞内氧含量,缩短了产氢的开始时间,提升了莱茵衣藻细胞的光合产氢效率。首先,合成在细胞生理条件下具有持久稳定性的耗氧级联酶纳米粒子,通过与莱茵衣藻共培养,构筑稳定的莱茵衣藻杂化细胞,并在此过程中探究级联酶纳米粒子的生物相容性,结果表明所构筑的莱茵衣藻杂化细胞具有良好的细胞活性和光合性能。其次,分析葡萄糖作为耗氧底物对天然莱茵衣藻产氢行为的影响,结果表明葡萄糖的添加会改变莱茵衣藻的代谢途径,加快藻细胞的呼吸耗氧从而促进产氢。在添加量为80 m M时,产氢效果最佳,30 d内平均产氢效率为0.244μmol H2 h-1（mg chlorophyll）-1,比自然界中瞬时的生物质转化为燃料的速率高出22.0%。最后,探究在相同培养条件下莱茵衣藻杂化细胞的产氢性能,结果表明在自然空气条件下,1 d内便可实现氢化酶的有效激活,莱茵衣藻杂化细胞可以稳定产氢30 d,平均产氢效率达0.305μmol H2h-1（mg chlorophyll）-1,比相同培养条件下的天然莱茵衣藻细胞的产氢效率高25.0%,比自然界中瞬时的生物质转化为燃料的速率高52.5%。本文所提出的胞内耗氧策略构筑生物杂化系统为微生物产氢提供了一种新的方法,为单细胞有机体的功能化和推动绿色能源的开发提供了新的思路。