聚γ-谷氨酸（γ-PGA）是一种安全无毒且具有可食用性的生物聚合物,可作为增稠剂、稳定剂、抗冻剂等应用于食品中,并且在农业、化妆品、医药等领域也有较广泛的应用。我国每年产生大量玉米秸秆废弃物,其综合高值化利用一直是近年来的研究热点。玉米秸秆经水解后主要产生木糖,伴有少量葡萄糖,且产生甲酸、糠醛等抑制微生物生长的毒性物质。目前,既能高效利用木糖又可耐受秸秆水解液毒性抑制物的聚γ-谷氨酸高产菌株较少。因此,本研究从木糖利用和秸秆水解液耐受性两个角度出发,筛选鉴定了1株利用玉米秸秆水解液高效合成γ-PGA的菌株,并优化了发酵培养基关键成分和发酵条件;同时,从ABC转运蛋白家族和NADPH供给途径入手,通过基因敲除、强化表达等代谢工程手段,挖掘可增强芽胞杆菌对秸秆水解液毒性抑制物耐受性的关键基因,为进一步提高菌株耐受性和γ-PGA产量奠定了基础。本研究选取不同地区的豆豉作为筛菌样品,首先以木糖为碳源初筛出可以利用木糖高效合成γ-PGA的菌株;进一步,以未经脱毒处理的玉米秸秆水解液为碳源进行发酵复筛,筛选出了1株可耐受玉米秸秆水解液毒性抑制物的γ-PGA高产菌株DT5;综合16S rRNA序列相似性分析和系统进化树鉴定结果,DT5属于Bacillus amyloliquefaciens。以DT5为出发菌株,优化了γ-PGA发酵培养基和发酵条件,主要包括秸秆水解液、谷氨酸钠、硫酸铵、氯化钠、柠檬酸钠浓度,以及接种量、种龄、初始pH。通过单因素实验和正交实验设计,最终得到了γ-PGA摇瓶发酵的最优工艺:谷氨酸钠70 g/L,玉米秸秆水解液20 g/L,柠檬酸钠15 g/L,硫酸铵20 g/L,NaCl 5 g/L,KH2PO41 g/L,Ca Cl21 g/L,Mg SO4·7H2O 1 g/L,Mn SO40.15 g/L,ZnSO4·7H2O 1 g/L,pH7.0,37℃,接种量4%,种龄12 h,发酵时间36 h,γ-PGA产量高达41.63 g/L。进一步,本研究从芽胞杆菌ABC转运家族磷酸转运子（pstSCAB）及其调控因子（phoR）出发,挖掘其耐受秸秆水解液毒性抑制物的关键基因。在芽胞杆菌WX-02基础上,通过基因敲除技术构建了突变株WX-02ΔpstS、WX-02ΔpstC、WX-02ΔpstA、WX-02ΔpstBA、WX-02ΔpstBB,探究了敲除pstS、pstC、pstA、pstBA、pstBB基因对菌体生长和γ-PGA产量的影响。结果表明:敲除pstC、pstA、pstBA、pstBB基因后,对γ-PGA的产量具有不同程度的提升作用,其中敲除pstC后,γ-PGA的产量提高了23%,提高幅度最大。通过敲除磷酸转运子双组分调控因子phoP/phoR的phoR,构建了工程菌WX-02ΔphoR,分析结果表明:敲除phoR基因后,菌株生长和γ-PGA的产量无明显影响。最后,本研究从NADPH还原力供给的角度出发,探讨了提高NADPH供给对玉米秸秆水解液培养基中菌体生长和γ-PGA合成的影响。在WX-02中游离表达了可合成NADPH的关键基因,包括NADH激酶基因ppnK2、葡萄糖-1-脱氢酶基因Gdh1、Gdh2,构建获得了工程菌WX-02/pHY300-ppnK2、WX-02/pHY300-Gdh1、WX-02/pHY300-Gdh2,三株菌的γ-PGA产量较对照菌WX-02/pHY300分别提高了54%、63%、25%,生物量分别提高了58%、64%、13%,证明强化表达ppnK2、Gdh1、Gdh2基因有助于提高菌株在秸秆水解液中的生长性能和γ-PGA合成能力。