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2,3-丁二醇是一种重要的化工原料,广泛用于化工、食品、燃料以及航空航天等多个领域。木糖是木质纤维原料水解产物中含量仅次于葡萄糖的一种单糖,因此,充分利用纤维素原料中的木糖、提高木糖2,3-丁二醇的转化率是高效利用纤维素原料生产2,3-丁二醇的关键问题之一。本研究通过对具有高木糖耐性肺炎克雷伯氏菌株的差异基因进行RT-PCR验证和基因功能验证,对高效利用木糖的代谢机理进行了初步解析,并优化了该菌株的发酵条件,最后为提高2,3-丁二醇的产量对其进行基因工程改造,研究结果对于肺炎克雷伯氏菌高效利用木糖提供了理论意义和使用价值,对2,3-丁二醇的工业化生产奠定了坚实的基础,同时也为其它菌株代谢木糖的研究提供了有意义的参考。1)对差异基因中上调的基因过表达,下调基因敲除,并选取了 9个基因进行RT-PCR的验证。结果表明,跨膜转运相关的基因、参与戊糖磷酸途径的关键基因、糖酵解途的关键基因以及信号转导和电子传递相关基因表达量的提高,可以提高高木糖浓度条件下菌株耗糖能力和2,3-丁二醇的生产能力;减弱与2,3-丁二醇的生产竞争碳源和NADH的副产物途径,木糖消耗和2,3-丁二醇的得率也有一定的提高;RT-PCR验证RNA-seq差异基因表达量的结果显示,RT-PCR的表达量与RNA-seq的上下调趋势一致。2)在1L生物反应器水平对适应性进化筛选出的具有高木糖耐性的肺炎克雷伯氏菌株应用响应面法优化了其产2,3-丁二醇的发酵条件,得到最优发酵条件为:pH 5.9、温度35 ℃、转速230 r/min、通气量0.7 L/min,最优条件下2,3-丁二醇产量高达43.75 g/L,相比优化前提高32.7%。3)完全敲除磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因ppc,琥珀酸的产量和得率都有大幅度降低,菌株的生长速度变慢,但突变菌株2,3-丁二醇的得率比亲本菌株提高了 27%,理论转化率(50%)提高了 21%。敲除ppc启动子突变菌株的木糖利用和2,3-丁二醇的生成速度都有所降低,但2,3-丁二醇的得率略有提高。敲除催化富马酸生成琥珀酸的富马酸还原酶基因frdA 和frdBC,琥珀酸的含量略有降低,与原始菌株比较分别降低了 16.27%和25%,2,3-丁二醇的产量分别提高了 7.8%和10.2%,代谢副产物乙醇的含量分别提高了 13.14%和17.26%。