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微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)具有集成清洁能源生产和废水资源化处理的双重优点,表现出广阔的应用前景。但较低的电功率输出是限制其实际应用进程的主要瓶颈,而高效产电微生物的获得是解决上述瓶颈的关键途径。微生物的产电性能是受到多个途径和生理系统控制的复杂表型,单个功能基因的改造在其性能改善方面表现出一定的局限性。本论文以铜绿假单胞菌(Pseudomnoas aeruginosa)这一重要的产电模式微生物为宿主,以具有全局调控作用的σ因子为对象,构建系列σ因子过表达菌株;以这些菌株和课题组前期已构建成功的其他工程菌株为对象,通过检测这些工程菌株中绿脓菌素(电子穿梭体)的含量,初步筛选重要的靶基因;通过表达载体和宿主的筛选,构建潜在的高产电活性工程菌株;然后将其接种微生物燃料电池进行产电性能的评价。该成果将为微生物燃料电池中高效产电微生物的创建提供新策略和应用例证。研究结果表明,rpoF铜绿假单胞菌中绿脓菌素的合成具有正向调控作用,rpoF表达菌株中绿脓菌素的浓度达到64.6 mg/L,比对照菌株(14.05 mg/L)提高了3.6倍;rpoD rpoN rpoH,rpoE对铜绿假单胞菌中绿脓菌素的合成具有负向调控作用,且负向调控作用大小依次降低,培养液中绿脓菌素含量分别为12.6 mg/L、9.29 mg/L、8.07 mg/L、8.01 mg/L。此外,还对实验室保存的铜绿假单胞菌某些功能基因突变株分泌的绿脓菌素含量进行了检测,结果表明,pmpR对铜绿假单胞菌中绿脓菌素的合成具有负向调控作用,pmpR单敲除菌株中绿脓菌素的浓度为39.04 mg/L,是野生型菌株的2.85倍;lasRrhlR,KatA,phzS,bdlA,filCpilA对铜绿假单胞菌中绿脓菌素的合成具有正向调控作用,正向调控作用大小依次降低,对应的敲除菌株中绿脓菌素的含量均比野生型菌株减少,分别为 10.12 mg/L、7.61 mg/L、6.17 mg/L、5.65 mg/L、2.91 mg/L。以绿脓菌素含量最高的rpoF表达菌株和prupR单敲除菌株为对象,进一步检测其他三种吩嗪类物质(吩嗪-1-羧酸,吩嗪-1-甲酰胺和1-羟基吩嗪)的含量。结果表明,这rpoF表达菌株合成的吩嗪类物质总含量最高(282.20 mg/L)比对照菌株提高37.87%。综上所述,rpoF对铜绿假单胞菌中吩嗪类物质合成的正向调控作用最为显著。通过分别过表达绿色荧光蛋白和3-磷酸甘油醛脱氢酶,筛选出最适的表达宿主铜绿假单胞菌P2-A-11和表达载体pHERD20T,构建潜在的高产电活性工程菌株P.aeruginosa P2-A-11/pHERD20T-rpoF。将P.aeruginosa P2-A-11/pHERD20T-rpoF菌株接种微生物燃料电池对其产电性能进行评价。结果表明,与对照菌株相比,P2-A-11/pHERD20T-rpoF菌株接种运行的MFCs达到稳定所需时间为157 h,缩短了34.58%,电压为437mV,提高了 15%。循环伏安扫描结果显示,P2-A-11/pHERD20T-rpoF菌株接种运行的MFCs具有更高的氧化还原峰。这些结果表明,rpoF基因的过表达能够通过增大电子穿梭体含量提高菌株的产电性能。