凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)36D1作为一种嗜热、耐酸的微生物,在工业乳酸发酵应用上有着极大应用前景。目前,对于B.coagulan 的研究主要关注于发酵过程和基因修饰这两个过程,而很少有研究系统性地考察B.coagulans基因组及基因与代谢的关系。本文首先通过构建B.coagulans36D1中等规模代谢网络模型,利用通量平衡分析算法预测生长必需的营养物质,指导合成培养基优化;发现添加叶酸和酪氨酸后的合成培养基MCDM3++能支持B.coagulans 36D1和P4-102B高密度生长,较合成培养基MCDM3分别提高了 163%和73%的生物量。然后本文基于B.coagulans 36D1基因组序列构建了全基因组代谢网络模型并进行了实验验证。利用Model SEED数据库和人工修正构建了全基因组代谢网络模型,并通过20种氨基酸代谢实验和8种糖利用实验进行了代谢途径验证并修正模型中组氨酸和缬氨酸代谢途径,最后获得的模型中共包含672个基因,762个反应和673个代谢物。本文测定了构成B.coagulans 36D1菌体生物量的5种大分子及其单体组成,蛋白质、糖类、脂质、DNA和RNA各自占凝结芽孢杆菌干重的45.75%、19.32%、14.33、8.29%和12.17%,这些组分含量转换生成的生物量合成方程式,可作为模型验证的目标函数。以36D1在合成培养基MCDM3++中不同稀释速率下的氨基酸、葡萄糖和乳酸代谢速率作为约束条件,利用构建的全基因组代谢网络模型,通过通量平衡分析算法预测不同稀释速率下菌体比生长速率,结果表明,虽然模型预测得到的比生长速率高于实际比生长速率,但是预测结果和实际结果之间有着良好的相关关系。本文研究结果为系统性地研究B.coagulans代谢调控机制奠定了重要基础。