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丁醇是一种有机溶剂,广泛应用于各行各业。生物丁醇是丙酮丁醇梭菌以淀粉类物质为原料经ABE发酵的产物。目前国内外主要以碳源为出发点,试图寻求廉价碳源以降低生产成本,与氮源相关的研究较少。故本研究以氮源为基础优化发酵培养基,以期降低生产成本,同时解析氮源调控ABE发酵的机制,奠定氮源对丁醇产量影响的理论基础。本研究以实验室保存的丙酮丁醇梭菌为研究对象,考察氮源种类对ABE发酵的影响,并结合单因素和Box-Behnken实验,确定发酵最优培养基为:木薯粉80.0g/L、豆粕10.9g/L、碳酸钙1.8g/L、硫酸锌 0.34g/L,K2HPO4-KH2PO4(1:1)0.5g/L。在最优培养基下,丁醇与总溶剂产量分别达到15.69 g/L和26.32 g/L,与优化前相比提高了 52.03%和 55.73%。在前期的工作中,发现:豆粕可显著提高溶剂产量,而乙酸铵则可缩短发酵时间。因此,探究添加豆粕-乙酸铵复合氮源是否可进一步提高ABE发酵效率。然而,无论是以木薯粉还是葡萄糖为碳源,复合氮源的添加会抑制约30%的丁醇产量。通过进一步发酵实验,发现乙酸铵中的NH4+是主要的抑制因子。NH4+的引入使丁醇与总溶剂产量比对照组分别降低了 90.28%和90.81%,总溶剂产量/葡萄糖利用量仅为0.090 g/g,严重影响溶剂产量及得率。为进一步研究NH4+在有机氮源存在的情况下调控ABE发酵的生理机制,从胞内微环境(NADH/NAD+、pH)、酶学水平以及转录水平多方面解析NH4+的抑制机理。最终明确乙酸铵为唯一氮源可缩短发酵时间,而在有机氮存在的情况下,NH4+将抑制NADH的利用,抑制丁酸乙酰乙酸酯CoA转移酶的酶活性并且使基因askA、buk、adc、ctfA、adhE以及bdhB表达量下调,进而抑制ABE发酵。