根瘤菌是能够与多种寄主植物共生的土壤细菌。茎瘤固氮根瘤菌(Azorhizobium caulinodans ORS571)是一种具有双重固氮能力的根瘤菌,可在毛萼田菁的茎部和根部形成瘤,也能自生固氮。在这里,我们通过对茎瘤固氮根瘤菌基因组规模代谢网络模型的重构、模拟和分析有助于从系统层面和代谢角度加深对该菌的了解以及对共生固氮的认识。本文通过Carve Me构建A.caulinodans ORS571代谢模型草图,参考已经发表的根瘤菌模型,以及整合数据库、在线预测工具和文献资料中A.caulinodans ORS571相关信息对代谢网络草图进行优化。最终重构的A.caulinodans ORS571模型i CX764包含941个反应、793个代谢物,涉及764个注释基因。改变模型的目标函数以及控制模型的最简底物输入集分别确定了自由生长(FL)和共生固氮(SNF)两种生理状态的代谢模型。利用流平衡分析(FBA)对代谢网络模型中自由生长和共生固氮两种状态分别进行模拟。模拟了i CX764模型对103种碳源利用情况,实验结果和模拟结果进行比较,相符的占96.12%,不相符的占3.88%,其中真阳性19种,真阴性80种,假阳性0种,假阴性4种。进一步利用该模型对自由生长和共生固氮两种生理状态的模型分别进行基因敲除模拟、必需反应预测并整合基因表达芯片数据模拟两种生理状态的代谢流重分布,探究了茎瘤固氮根瘤菌在共生固氮时发生的巨大的代谢重塑过程。综合分析结果表明,本研究构建的代谢模型i CX764具有较好的预测性能,可以作为探究茎瘤固氮根瘤菌代谢的一种有效工具,从代谢角度为进一步探索、理解根瘤菌固氮特征的演化提供有益的理论补充。