细菌胞外聚合物指的是细菌分泌到细胞之外的大分子物质,由于它们的生物可降解性、高效性、安全性以及无二次污染等特性,被认为是化学合成聚合物的潜在替代品。最近,胞外高分子聚合物的潜在应用价值受到广泛的关注,在水处理、化妆品、食品加工、发酵工业、生物制药等领域得到广泛应用。本论文对地衣芽孢杆菌胞外多糖的合成过程、发酵生产及应用进行了比较全面系统的研究。具体结果如下:1)本研究首先利用二代测序技术获得了高产胞外聚合物地衣芽孢杆菌CGMCC 2876全基因组序列,结合已有的地衣芽孢杆菌基因结构信息及已知的地衣芽孢杆菌蛋白质序列信息,预测得到了该菌精细的基因结构及注释信息,进一步结合全基因组和KEGG数据库的检索结果,发现了 18个与胞外多糖单体合成有关的基因,这些基因主要负责将葡萄糖转化为合成多糖的糖苷酸前体,并分布在基因组上的不同位置。与胞外多糖合成相关的eps基因簇,共包含16个基因,利用生物信息学对其进行功能分析,发现eps基因簇上所有基因的功能都与多糖合成有关。最终初步构建了地衣芽孢杆菌CGMCC 2876胞外多糖的生物合成过程。通过比较基因组学,获得了地衣芽孢杆菌合成多糖的差异基因。利用荧光定量PCR及基因过表达技术对这四个差异基因进行分析,发现gtaB-2基因为地衣芽孢杆菌胞外多糖的关键基因,gtaB-2基因的过表达可有效促进地衣芽孢杆菌胞外多糖的合成,而mnaA-1、mnaA-2及wbpA 2三个差异基因不会参与胞外多糖的合成。同时构建了糖基转移酶基因簇epsDEF过表达菌株Bacillus licheniformis-epsDEF,发现epsDEF基因簇的过表达可以促进地衣芽孢杆菌在稳定期胞外多糖的积累,最终重组菌胞外多糖产量达到10.44gL-1,比原始菌株提高了27.8%,絮凝活性比原始菌株提高了 90%。获得的这株高产胞外多糖的地衣芽孢杆菌基因工程菌有望应用于絮凝剂工业化生产。2)本研究从地衣芽孢杆菌CGMCC 2876中克隆得到与胞外多糖水解有关的编码β-葡萄糖苷酶的基因bgl,并在EscherichiacoliBL21(DE)中成功表达。重组的β-葡萄糖苷酶(Bgl.bli1)经表达条件优化后酶活最高可达45.44UmL-1。酶学性质研究表明葡萄糖对β-葡萄糖苷酶有显著的抑制作用。体外水解实验表明重组β-葡萄糖苷酶对胞多糖有一定水解作用,并会在其他纤维素酶协同作用时,表现出一定的加和效应,因而对地衣芽孢杆菌生产胞外多糖时造成絮凝活性的损失,但可以通过在培养基中加入葡萄糖降低其活性从而抑制其对胞外多糖的降解。3)分别对Bacillus licheniforms-epsDEF,eromonas sp.CGMCC 10612 及Pseudomonasfuorescensmutant T4-2三株菌产胞外多糖进行放大培养,发现这三株菌所生产的胞外多糖均为生长伴随型代谢产物,积累时间主要集中于细菌生长对数后期及稳定期,与摇瓶发酵相比,其胞外聚合物产量及絮凝活性均有所提高,产量分别为11.77、11.18及6.36 gL-1。探究了这三株菌所生产的胞外多糖的环境应用情况,B.licheniformis-epsDEF 生产的胞外多糖MBA-B应用于微藻收集,最佳投加量为80 mg L-1,在广泛pH条件下,絮凝率均可达80%;Alteromonas sp.CGMCC 10612生产的胞外多糖MBA-A应用于染料脱色,结果表明MBF-A更适合于阴离子染料吸附,碱性条件利于阴离子染料吸附,MBF-A对刚果红和直接黑的吸附效率最高分别可达98.5%和97.9%,对阳离子染料亚甲基蓝最高吸附效率为72.7%;P.fluorescens mutant T4-2生产的MBF-P应用于重金属离子吸附,MBF-P在强酸条件下对Cr(Ⅵ)的吸附效果最好,吸附量达到80.13mgg’,吸附平衡时间为55 min,而MBF-P在中性条件下对As(Ⅲ)的吸附效果最好,吸附量达到45.93 mg g-1,吸附平衡时间为35 min。这些结果可为胞外聚合物工业化应用发展提供参考。