1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

丁二酸是一种重要的基础化工原料，广泛应用于化工、材料、食品和医药行业。丁二酸是传统石油基产品，生产方法是用来自石油的丁烷通过顺式丁烯二酐生产。在重视节能减排和可再生经济的今天，生物发酵法生产丁二酸广受关注并成为研究热点。作为重要的绿色化工四碳平台化合物，丁二酸被美国能源部列为12种最具潜力的大宗生物基化学品之首。尽管已有报道多种微生物可以发酵生产丁二酸，但被认为最有产业化前景的是谷氨酸棒杆菌（corynebacterium glutamicum）。相较于产琥珀酸放线菌和大肠杆菌，需要昂贵的有机氮源培养，谷氨酸棒杆菌可以在简单无机培养基中生长良好，并且在传统氨基酸产业已有大规模应用先例（如谷氨酸、赖氨酸等），这在生产价格低廉的丁二酸工艺中，有明显的优势。

传统上，谷氨酸棒杆菌被认为是需氧的革兰氏阳性菌。2004年，inui等人发现谷氨酸棒杆菌在厌氧条件下可以生产乳酸和丁二酸，并对谷氨酸棒杆菌进行了改造，去除了副产物乳酸，过量表达丙酮酸羧化酶，增强固定co2的羧化回补途径；建立了有氧产菌、厌氧产酸的两阶段发酵策略。在厌氧条件下，他们以高细胞密度50 (g cdw l-1)，以碳酸氢钠为co2供体，批量添加葡萄糖生产丁二酸。丁二酸产量最终达到146 (g l-1)，产酸速率达到3.2 (g l-1)每小时，虽然谷氨酸棒杆菌为现有文献报道的丁二酸最高产量发酵菌种，但与产琥珀酸放线菌及大肠杆菌相比，谷氨酸棒杆菌的单位生物量产酸速率并不高，只有64 (mg g cdw#8722;1 h#8722;1)。而为获得高密度菌体，采用浓缩的方法，在大规模生产中也非经济可行。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1 本课题要研究或解决的问题

本课题拟对硝酸盐还原酶narkghji操纵子在响应硝酸盐后对细胞代谢的调控途径及作用靶标进行研究，内容包括对厌氧条件下硝酸盐还原酶narkghji操纵子进行上调表达后的代谢产物分析；并比较野生菌株及重组菌株对硝酸盐的添加与否、添加浓度、添加时间等的不同表现，最终确定硝酸盐促进硝酸盐还原酶narkghji操纵子高表达的方式，进一步阐明硝酸盐通过对硝酸盐还原酶narkghji操纵子的调控进而促进细胞葡萄糖代谢的机制，并以此为基础构建高产丁二酸、乳酸等工程菌株，为深入研究谷氨酸棒杆菌厌氧代谢，提高发酵产率，提供数据支持，奠定理论基础。

2.2 拟采用的研究手段