当前对L-精氨酸生产菌株进行代谢工程改造,并利用微生物发酵法的研究日益受到关注,但极少涉及离子转运领域。课题组前期研究发现,发酵时外源添加适量K+有利于促进钝齿棒杆菌（Corynebacterium crenatum）SYPA5-5合成L-精氨酸。针对该现象主要研究结果如下:（1）通过对C.crenatum SYPA5-5在外源添加7 mmol·L-¹和35 mmol·L-¹的钾离子条件下进行转录组数据分析,发现在添加35 mmol·L-1外源钾离子的发酵培养基中,阳离子转运ATP酶（cation transport ATPase）:CTAP1和CTAP2以及逆转运蛋白（monovalent cation/H⁺antiporter）:Mrp1A和Mrp2C相关基因在L-精氨酸合成阶段转录水平明显提高。逆转运蛋白Mrp1A主要是Na+/H+逆转运功能,Mrp2C主要是K+/H+逆转运功能,研究发现CTAP1和CTAP2是特异性的K+转运ATP酶,可将培养基中的K+运输到胞内,维持胞内离子稳态,为钝齿棒杆菌细胞适应不同离子条件的变化提供生理调节基础。（2）对基因mrp1,mrp2和ctap1,ctap2分别进行单敲除、双敲除和过表达,构建钝齿棒杆菌突变株。突变株在外源添加35 mmol·L^-1的K+时较外源添加7 mmol·L^-1的K+生长速度明显提高,稀释10000倍后,菌株仍可生长。测定胞内外离子浓度变化,Mrp1A缺失导致胞内Na+无法运出细胞,胞内[Na+]累积可达6649 ppm·g-1 DCW,细胞需要调节胞内离子强度,此时胞内[K+]浓度较出发菌株明显下降,仅为8000 ppm·g-1 DCW。5-5（ctap1ctap2）和5-5（ctap1mrp1）胞内[K⁺]含量较C.crenatum SYPA5-5丰富,证明CTAP1和CTAP2是K⁺偏好性转运蛋白。通过BCECF-AM荧光探针检测菌株稳定期胞内pH,发现离子转运蛋白失活菌株胞内呈碱性pH,而过表达菌株产精氨酸胞内却呈中性pH。（3）适宜K+浓度有利于丙酮酸激酶发挥功能并生成ATP,保证发酵过程中充足的能量供应。研究发现当钝齿棒杆菌胞内[K+]浓度为400-500 mmol·L-1时丙酮酸激酶活力最高,此时菌株5-5（ctap1ctap2）和5-5（ctap1mrp1）丙酮酸激酶活力可达到0.83 U·m L-¹和0.85 U·mL-¹,分别比C.crenatum SYPA5-5提高了16.9%和19.7%。同时实验发现钝齿棒杆菌外源添加PO4^3-最佳浓度为25 mmol·L-¹,此时C.crenatum SYPA5-5胞内6-磷酸葡萄糖脱氢酶（G6PDH）活力最高达0.83 U·mL^-1。随着PO4^3-添加浓度越高,G6PDH的活性受到抑制,不利于生产L-精氨酸,而加入同等浓度的K3PO4后L-精氨酸的产量明显提高。（4）因此,在外源添加适量K+和PO4^3-的条件下,分别过表达离子转运蛋白Mrp1A、CTAP1以及串联表达Mrp1A和CTAP1的菌株L-精氨酸产量较C.crenatum SYPA5-5均有所提高。补料分批发酵96 h,菌株5-5（mrp1）、5-5（ctap1）和5-5（ctap1mrp1）的L-精氨酸产量分别达到61.4 g·L-¹、63.9 g·L-¹和65.3 g·L-¹。糖酸转化率分别为0.383 g·g^-1、0.392 g·g^-1和0.395 g·g^-1。串联过表达Mrp1A和CTAP1更利于钝齿棒杆菌离子、pH稳定性以及渗透压的调节,最终提高L-精氨酸产量。离子转运蛋白的研究为解析其在调节钝齿棒杆菌胞内pH和离子稳态的作用,以及对L-精氨酸合成的影响方面奠定了基础。