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微生物的发酵过程是在各种环境扰动下进行的,如底物、温度、体系pH等。因此研究各种环境扰动因素对微生物生理代谢的影响,将为后续的发酵调控提供最直接的理论指导。本论文以米根霉发酵生产富马酸为研究对象,选取了pH、底物这二大常见的环境干扰因素,借助组学技术从全局角度探究环境因素对米根霉的作用机制,本文主要研究结论如下:(1)对米根霉絮状、球状样品进行转录组分析,共获得11,340基因,其中615个基因在絮状样品中表达上调,814个基因在球状样品中表达上调。结合KEGG代谢网络对差异基因进行分析,发现球状样品中参与不饱和脂肪酸合成、蛋白质降解、糖及糖醇代谢以及具有抗氧化胁迫功能的酶的基因表达上调,与几丁质降解、N-乙酰氨基葡萄糖胺、纤维素降解等细胞壁组分相关的基因表达上调。(2)对絮状、球状米根霉样品进行代谢轮廓分析,发现球状样品上调了氨基酸、不饱和脂肪酸、糖及糖醇的代谢丰度,同时改变了细胞壁的组成,与转录组一致。此外发现球状样品胞内ROS水平高于絮状样品,推测细胞受到了氧化应激损伤,为了缓解这一损伤,细胞改变了上述代谢状态,最终形成菌球。据此通过控制溶氧造成氧化应激损伤,获得了球状形态。(3)对米根霉利用木糖、葡萄糖的代谢轮廓进行分析,发现米根霉在利用木糖过程中产生了“碳饥饿”效应,引起了细胞氧化应激损伤,为了缓解这一损伤,米根霉上调了氨基酸、糖及糖醇、不饱和脂肪酸的代谢丰富。提高氮源浓度可以缓解“碳饥饿”效应,促进富马酸的合成。但在葡萄糖发酵过程中,提高氮源浓度会造成能量冗余,降低富马酸的合成。(4)为降低可能存在的能量盈余,以ATPase(ATP合成关键酶)的抑制剂新霉素为筛选标记,通过突变选育,获得了1株具有较高富马酸产量、生产强度及传代稳定性的突变菌株N6。综上,本研究基于转录组学、代谢轮廓分析解析了相关环境因子对米根霉生理代谢的影响机制,并在此基础上通过突变选育的方式筛选获得了一株米根霉优良突变菌株。