地衣芽孢杆菌厌氧基础生理代谢特性研究.pdf

摘要

摘要

溶氧是一种对细胞的生长、维持、代谢、产量至关重要的代谢底物。当然，氧气并

非为微生物必需，专性厌氧菌、耐氧菌以及兼性厌氧菌都可以在无氧环境中生长、增殖、

代谢。地衣芽孢杆菌（Bacilluslicheniformis）就是一种兼性厌氧的革兰氏阳性细菌。目

前地衣芽胞杆菌在工业生产中以好氧发酵为主，而对其厌氧基础生理及代谢特性认识不

足，这限制了其应用的进一步拓展。本课题为系统全面的解析地衣芽孢杆菌的厌氧基础

生理和代谢特性，以野生型菌株B.licheniformisCICIMB1391为研究对象，通过检测

OD600、残糖量、pH、硝酸盐浓度以及溢流代谢产物（碳源溢流是指从葡萄糖生成丙酮

酸的路径流量很大，但从丙酮酸进入TCA循环的流量很小。HPLC液相检测得知地衣芽

孢杆菌厌氧条件下的溢流代谢产物主要是乳酸、乙酸和2,3-丁二醇，这些产物都是以丙

酮酸为底物生成的。）等指标，研究厌氧发酵过程中相关参数的变化情况。本课题主要研

究内容和结果如下：

（1）B.licheniformis血清瓶厌氧培养方法的建立及生长代谢特性考察。首先建立

了地衣芽孢杆菌的血清瓶厌氧培养方法，在此基础上对该菌株的厌氧基础生理代谢特性

进行探究。发现亚硝酸盐作为电子受体时稳定期菌体量约是硝酸盐的2倍。以KNO3作

为电子受体时葡萄糖比消耗速率曲线的极大值为0.34，约是其他条件的1.5倍，且在添

加1.0g·L-1KNO3的条件下，葡萄糖消耗速率最快，其值为0.94g·L-1·h-1。

（2）全局厌氧调节因子Fnr对B.licheniformis厌氧生长及代谢的影响。基于了解

了地衣芽孢杆菌的厌氧生理代谢特性，并且建立了维持细胞厌氧生长和代谢相对稳定的

培养条件的基础上，进一步探究了全局厌氧调节因子Fnr在地衣芽胞杆菌厌氧生长和代

谢过程中的影响。发现Fnr过表达能够提高地衣芽孢杆菌的厌氧活性，乳酸浓度也较对

照菌株提高了3.5倍。

（3）Fnr过表达对硝酸盐还原酶narGHJI基因簇转录强度的影响。在了解了Fnr

过表达能够提高地衣芽孢杆菌的厌氧活性后，进一步通过RT-qPCR手段探究其背后深

层次的分子机制。发现narG，narH，narJ以及narI基因的转录强度较对照菌株分别提

升了1.18、0.19、0.32和0.65倍。表明Fnr过表达能够提高硝酸盐代谢基因的表达水平，

进而提高ATP的供应，从而提高菌株的厌氧活性。

（4）5L发酵罐不同供氧条件下B.licheniformis厌氧生长及代谢差异分析。进一

步在5L发酵罐水平上探究不同供氧条件下该菌株的生理和代谢差异。发现硝酸盐用作

在厌氧条件下的硝酸盐呼吸作用比有氧条件下的硝酸盐同化作用效率更高，同时还发现

不同供氧条件下乙酸均是在细胞指数生长期迅速积累，之后，随着细胞的自溶，乙酸浓

度也随之下降。乙酸可作为二次利用碳源维持细胞生长和代谢。

关键词：地衣芽孢杆菌；厌氧；电子受体；溢流代谢；Fnr

I

Abstract

Abstract

Dissolvedoxygenisametabolicsubstratethatisessentialforcellgrowth,maintenance,

metabolism,andproduction.Ofcourse,oxygenisnotnecessaryformicroorganisms,obligate

anaerobicbacteria,aerometricbacteria,andfacultativeanaerobicbacteriacangrow,proliferate,

andmetabolizeinanoxygen-freeenvironment.Bacilluslicheniformisisafacultativean