希瓦氏菌能够在厌氧条件下将菌体代谢产生的电子传递给多种金属化合物等各种电子受体，将其还原代谢，因此希瓦氏菌在环境污染的生物修复和微生物燃料电池应用方面具有相当大的潜力。本论文旨在定量解析碳源、末端电子受体的变化等各种环境扰动对希瓦氏菌细胞内代谢通量分布的影响，揭示其复杂的中心碳代谢途径网络及其调控机制，从而为未来对该类微生物的利用和开发提供理论依据。　　首先，以希瓦氏菌的模式菌株Shewanella oneidensis MR-1为研究对象，揭示了转录因子PdhR在希瓦氏菌的代谢调控中所扮演的重要角色。通过生长表型分析发现PdhR缺失突变株在乙酸为惟一碳源的培养基上无法生长。通过转录本水平分析和凝胶阻滞实验(EMSA)，鉴定出PdhR直接负调控涉及丙酮酸和甲酸代谢的pdhR-aceEF-IpdA、pflBA、focA操纵子的转录表达，同时正调控乙醛酸途径的aceBA操纵子的表达。应用DNase I footprinting方法，精确定位了PdhR的DNA结合位点，确定了PdhR的共有结合基序AADTGGTMWGACCAATT。利用生物薄膜干涉技术(BLI)，确定了PdhR与各个DNA结合位点的亲和常数值，结果表明PdhR与pdhR-aceEF-IpdA、aceBA启动子上两个结合位点的结合可能具有协同效应。利用cDNA5末端快速扩增方法，鉴定了PdhR各个靶操纵子的转录起始位点，通过分析转录起始位点与PdhR结合位点的位置关系，阐明了PdhR抑制与激活相关基因转录的机制。应用基于13C的代谢通量分析技术，发现PdhR缺失突变株中乙醛酸途径的代谢通量为零，从而证实了我们的推测:由于缺乏乙醛酸途径的活性而导致PdhR缺失突变株在以乙酸为惟一碳源的条件下不能生长。　　然后，解析了转录因子HexR对希瓦氏菌中心碳代谢的调控机制。对大肠埃希氏菌中心碳代谢起关键调控作用的全局转录因子Cra在希瓦式菌中并不存在，而有研究发现假单胞菌中转录因子HexR调控着中心碳代谢途径上一些基因的表达。在本研究中，我们和合作者一起结合比较基因组学方法和实验技术，鉴定了希瓦氏菌中HexR的调节子(regulon)。利用比较基因组学技术预测了希瓦氏菌中HexR所调控的基因。本研究发现Shewanella oneidensis MR-1中HexR缺失会导致其失去在乳酸或者丙酮酸上的生长能力，但是并不影响其在甘油酸或者乙酰葡萄糖胺上的生长;利用代谢通量分析技术，发现在以乳酸加甘油酸为碳源的条件下，HexR缺失突变株中磷酸烯醇式丙酮酸合酶的代谢通量为零，说明此为导致其在乳酸或丙酮酸为惟一碳源的条件下不能生长的主要原因。而且HexR缺失突变株中心碳代谢的通量分布发生明显改变，乳酸和甘油酸的消耗速率显著增加。结合转录本水平分析、体外蛋白-DNA结合实验，本研究的结果说明在希瓦氏菌中HexR负控调节Entner-Doudoroff途径等分解代谢途径上基因的转录表达，而正控调节磷酸烯醇式丙酮酸合酶等糖异生途径上基因的表达。　　最后，本论文还研究了Shewanella sp.MR-4在以Fe3+、延胡索酸、硝酸和二甲基亚砜为末端电子受体时的代谢通量分布。发现在各种不同的末端电子受体条件下细胞内的代谢通量分布发生了显著的改变。与延胡索酸相比，在Fe3+和硝酸为末端电子受体的条件下，乙酸生成速率明显降低，而三羧酸循环的代谢通量显著增加。回补反应存在明显差异:在延胡索酸为末端电子受体的条件下，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶反应是惟一的回补反应，而在Fe3+和硝酸条件下苹果酸酶催化惟一的回补反应。在代谢通量分析的基础上定量解析了还原力NADH的合成和消耗，分析了电子流向的变化，发现在不同的末端电子受体条件下，NADH的产生途径和反应发生明显变化。　　综上所述，本论文对Shewanella oneidensis MR-1中转录因子PdhR的功能及其调控机制进行了深入细致的研究，首次发现PdhR对于中心碳代谢途径具有双重调控模式:抑制丙酮酸和甲酸代谢相关基因的表达，而激活乙酸代谢基因的表达;鉴定了Shewanella oneidensis MR-1中转录因子HexR的调节子，阐明了HexR作为Cra的功能替代者在希瓦氏菌中对中心碳代谢进行全局性调控的作用机制;发现在各种不同的末端电子受体条件下Shewanella sp.MR-4胞内代谢通量分布发生了显著的改变。这些研究结果提高了人们对于希瓦氏菌代谢网络及其调控机制的认识，同时也为希瓦氏菌的代谢工程改造提供了一定的理论依据。