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碳酸酐酶（carbonic anhydrase，CA）是海洋浮游植物CO2浓缩机制（carbondioxide concentrating mechanism, CCM）的重要组成部分，在浮游植物碳运输和碳代谢中起着非常重要的作用。它最基本的功能是催化HCO3-与CO2之间的相互转换，为Rubisco羧化酶提供充足的CO2底物。藻类植物中含有多种不同类型和数目的CA，尽管它们的一级结构不同，但催化机制类似，活性位点结合有锌离子或镉离子。本研究以蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）820为实验材料，首先利用二代高通量测序技术对其进行了转录组测序（RNA-Seq），分析了该藻中CA的类型与数目；再通过生物信息学方法分析了其中3种亚型CA所编码蛋白的理化性质、亚细胞定位和高级结构等；最后研究了两种无机碳—CO2及HCO3-及盐度对藻生长、CA活性及其基因（ca）表达的影响。希望该研究可以为揭示小球藻中CCM的作用方式与途径提供参考。蛋白核小球藻820经转录组测序后得到4.71G的核苷酸序列，经过组装得到36,826个unigenes，以e-value小于1e-5作为匹配的标准，共有23,015个unigenes分别在NR, NT, SwissProt, KEGG, COG和GO数据库中得到了注释。对以上的注释序列中共搜索到21条可能的蛋白核小球藻ca基因。从21条ca基因中选取3条不同亚型序列进行生物信息学分析。结果表明蛋白核小球藻α-CA、β-CA、γ-CA蛋白分子量分别为28.9kDa、34.9kDa和24.8kDa，均为酸性、微亲水和脂溶性蛋白。α-CA可以检测到强的跨膜结构和信号肽区域，推测为胞外CA。β-CA和γ-CA无可信的跨膜结构域和信号肽区域，推测β-CA可能位于细胞质或叶绿体基质中，而γ-CA位于线粒体基质中。二级结构预测结果表明α-CA中无规则卷曲所占百分比最高（64.66%），β-CA中α螺旋和无规则卷曲分别为44.76%和44.13%，而γ-CA中α螺旋和无规则卷曲含量分别为39.48%和40.34%。三级结构预测表明α-CA折叠较松散，β-CA、γ-CA折叠程度较紧密，且γ-CA具有反复折叠的结构。本文比较了两种无机碳（CO2和HCO3-）对蛋白核小球藻生长、碳酸酐酶活性及其3种亚型ca基因表达的影响。结果表明，两倍空气CO2浓度培养藻密度可达正常空气CO2浓度的1.23倍，但其CA活性较低，第8d为正常空气CO2浓度的0.41倍，α-ca和γ-ca基因表达量比正常空气CO2略有升高。在0-10mmol/LHCO3-范围内蛋白核小球藻随HCO3-升高生长加快，CA活性在5mmol/L HCO3-最高，而3种亚型ca基因表达量在1mmol/L HCO3-处理组最高。本文还研究了盐度对蛋白核小球藻生长、胞外碳酸酐酶活性及其3种亚型CA基因表达的影响。结果表明，15和30盐度培养藻生长较快，45盐度藻细胞密度降为15盐度的0.83倍；CA活性随着盐度增加而降低，45盐度长时间处理酶活性降低更为明显，而3种亚型ca基因表达量则随盐度升高而增加。可见，蛋白核小球藻中存在多样的ca基因，3种亚型ca基因的理化性质、亚细胞定位以及高级结构等存在明显差别。该藻生长比较适合中低盐度、两倍空气CO2浓度和高HCO3-浓度，其CA酶活性可被低盐、空气CO2浓度和5mmol/LHCO3-所诱导，而ca基因表达在高盐、两倍空气CO2浓度和低HCO3-浓度条件下较高。