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聚3-羟基丁酸酯(PHB)是聚羟基脂肪酸酯(PHA)的一种,在环境中可以被微生物降解并且与人体组织有很好的组织相容性,因此在医疗、食品和环保等领域应用前景广阔。乙偶姻(Acetoin)的化学名称为3-羟基-2-丁酮,又叫甲基乙酰甲醇。利用木质纤维素水解液生产生物基化学品成为目前的研究热点,符合绿色化学的要求。葡萄糖和木糖是木质纤维素水解之后的两种主要单糖,两者的比例约为2:1,因此,本文通过基因工程和代谢工程手段,解除微生物中的葡萄糖抑制效应,主要工作分为两部分,一:改造大肠杆菌工程菌株消耗葡萄糖和木糖生产PHB,二:利用改造的枯草芽孢杆菌消耗葡萄糖和木糖生产乙偶姻。本文通过在实验室已有的敲除NDH-II脱氢酶的JM109菌株(LJ03)中使用不同拷贝数的质粒上表达Bacillus subtilis 168的木糖异构酶编码基因xylA、木酮糖激酶编码基因xylB和木糖运输蛋白编码基因araE,成功的解除了葡萄糖抑制。在15g/L木糖的培养基中,导入低拷贝质粒和中拷贝质粒的菌株实现了(0.772g/(L·h)和0.598g/(L·h)的木糖利用速率,而未导入质粒的菌株的木糖利用速率为0.549g/(L·h),证明导入的异源木糖利用途径在大肠杆菌中可以正常表达;而含有高拷贝的质粒的菌株利用木糖的速率明显低于对照菌株。在MS基本盐培养基(10g/L葡萄糖和5g/L木糖)中,含有低拷贝质粒和中拷贝质粒的菌株发酵48h生产了3.17g/L和3.67g/L的PHB。接着对500m L锥形瓶中发酵PHB产量高的菌株进行5-L发酵罐实验,经过28h发酵,消耗了92.6g/L葡萄糖和40.2g/L木糖,积累了21.0g/L的PHB,得率为0.16g/g。通过在已有的两株高产乙偶姻的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌株的基础上敲除xylR基因,导入来自于大肠杆菌的木糖异构酶编码基因xyl A和木酮糖激酶编码基因xylB基因,过表达枯草芽孢杆菌本源的木糖/阿拉伯糖转运蛋白编码基因araE,构建的菌株F31和F34能够同时消耗葡萄糖和木糖。在250m L锥形瓶中,通过培养基优化,选择合适的氮源浓度,再通过温度优化,最终实现了糖耗和生产速度的提升,F31发酵48h生产了1.58g/L乙偶姻和2.92g/L丁二醇;F34发酵48h生产了5.36g/L乙偶姻。在5-L发酵罐中,经过65h发酵,菌株F31生产了20.0g/L乙偶姻和8.8g/L meso-2,3-丁二醇,消耗80.1g/L葡萄糖和18g/L木糖,总得率为0.293g/g;菌株F34生产了31.3g/L乙偶姻和3.0g/L丁二醇,消耗了89.2g/L葡萄糖和18.3g/L木糖,总得率为0.319g/g。研究表明,通过代谢工程改造,引入外源的木糖利用途径,是一种可行的解除微生物的碳阻遏的方式,对于木质纤维素水解液的生物利用具有重要意义。