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聚3-羟基丁酸酯(PHB)具有生物可降解性和生物相容性等性能,在医药、食品和农业等领域具有广阔的应用前景。本文研究考查了有氧呼吸链对于PHB积累的影响,构建了一系列生产PHB的菌株;通过引入编码Bacillus subtilis的木糖异构酶基因xylA、木酮糖激酶基因xylB和木糖运输蛋白基因araE,使工程菌株能够同时利用葡萄糖和木糖代谢合成PHB;通过引入木聚糖水解质粒,使工程菌株能够利用木聚糖进行代谢合成PHB,并进一步考察了过表达转醛酶基因talA对利用木聚糖积累PHB的影响。得到的主要结果如下:首先,考查了有氧呼吸链对于PHB积累的影响。采用单基因敲除和组合敲除的策略,敲除Escherichia coli JM109有氧呼吸链中低效率的呼吸链,包括编码细胞色素bd-I氧化酶、细胞色素bd-I氧化酶和NDH-II脱氢酶的三个基因,分别为cydB、appB和ndh。其中表现优异的三株菌LJ02(ΔappB)、LJ03(Δndh)和LJ23(ΔappBΔndh)利用20 g/L的葡萄糖分别积累了4.53 g/L、6.16 g/L和4.61 g/L PHB,利用20 g/L的木糖分别积累了2.78 g/L、3.50 g/L和1.82 g/L PHB。其中LJ03利用葡萄糖合成PHB的得率为0.32 g(g glucose)-1,是理论得率的66.67%。接着对LJ03进行5-L发酵罐的实验,发酵28 h,积累了28.23 g/L PHB,得率达到了0.25 g(g glucose)-1。说明敲除低效率的呼吸链细胞色素bd-I氧化酶和NDH-II脱氢酶对于PHB的积累是有利的。之后通过异源引入编码Bacillus subtilis的木糖异构酶基因xylA、木酮糖激酶基因xylB和木糖运输蛋白基因araE,在10 g/L葡萄糖和5 g/L木糖的培养基中,LJ02、LJ03和LJ23能够同时利用葡萄糖和木糖,并且分别积累了3.87 g/L、4.1 g/L和4.15 g/L PHB。说明解除了E.coli葡萄糖阻遏效应。最后通过引入木聚糖水解质粒,LJ02、LJ03和LJ23利用5 g/L木聚糖和10g/L木糖,分别积累了2.08 g/L、2.02 g/L和2.29 g/L PHB。为了提高木糖代谢速率,本研究过表达了转醛酶基因talA,发现过表达tal A基因对LJ02和LJ23利用木糖积累PHB是有利的,对LJ03利用木糖积累PHB反而有不利影响。但是过表达talA基因对LJ02、LJ03和LJ23利用木聚糖积累PHB没有提升作用,反而会在一定程度上影响木聚糖的利用。研究结果表明,通过一系列代谢工程改造的E.coli JM109具有良好的PHB合成能力和应用潜力。