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细菌素（也称抗菌肽）是一类细菌核糖体合成的具有抑制近源微生物生长的多肽类物质。有些细菌素可以抑制食源性致病菌和食物腐败菌，因此可以作为生物防腐剂添加到食物中，在食品和饲料行业有重要的应用潜力。本论文以从酸奶中分离出的一株产细菌素的植物乳杆菌为研究对象，对植物乳杆菌及其细菌素进行了相关研究。 从自制酸奶中分离出一株具有强烈抑制单核细胞增多性李斯特菌活性的植物乳杆菌，对该细菌素性质的研究发现其具有较高的热稳定性和pH稳定性，菌株所产细菌素活力大大高于文献报道的其他同类细菌素，相对nisin效价为3214IU/mL，相对利福平效价为458μg/mL，与抗生素效价相当。为进一步提高细菌素产量，对该植物乳杆菌进行甲基磺酸乙酯(EMS)诱变，以利福平为标准，最终获得抑制单核细胞增多性李斯特菌效价为682μg/mL，比诱变前458μg/mL提高了49％。为进一步提产细菌素水平，用响应面法对诱变型植物乳杆菌生产细菌素的培养基进行了优化。通过Plackett-Burman设计和CCD中心组合实验，确定其产细菌素的最佳培养条件为:酵母粉5.09g/L，牛肉膏10.85g/L，葡萄糖55.34g/L，其余成分与MRS相同。利用最优培养基进行产细菌素发酵，效价为4499IU/mL，是未优化的培养基所产细菌素效价(3214IU/mL)的1.4倍。将优化后的植物乳杆菌无菌上清加入到自制酸奶中，发现该细菌素对酸奶具有良好的保鲜效果。 对筛选到的野生型和突变型植物乳杆菌在对数前期和稳定期分别进行转录组测序和分析，结果表明两个生长时期的野生型和诱变型之间基因的上下调变化具有共线性关系，在野生型中稳定期表达显著变化的基因，在诱变型中变化更为显著。转录组共发现了164个在转录水平有显著差异的基因，其中74个为上调基因，90个为下调基因，与细菌素合成相关的基因pedA（植物乳杆菌素）上调，这是导致细菌素产量提升的最主要因素;与其受体蛋白相关的基因manY基因（甘露糖磷酸转移酶系统的ⅡC结构域）和manZ（甘露糖磷酸转移酶系统的ⅡD结构域）下调，增加了植物乳杆菌对细菌素的耐受性;与肽链内切酶相关的基因显著下调，减少了细菌素在胞内的降解;与生物代谢相关的基因主要表现出下调，说明细菌素的合成不是无偿的，而是以降低代谢水平为代价;首次发现组氨酸生物合成的相关基因表现上调，推测组氨酸对细菌素合成的重要性，为进一步提高植物乳杆菌的细菌素产量提供指导。这些变化为更全面的理解和阐明细菌素的表达分泌及其调控方式和路径提供了理论基础。 为了进一步提高植物乳杆菌所产细菌素pediocin PA-1的抑菌性能，对其C-末端α-helix结构域和hairpin-like结构的9个位点进行定点突变，构建了8个单位点突变子和6个组合突变子，在大肠杆菌BL21(DE3)中进行外源表达和纯化，平板抑菌圈法和MIC值法测定各突变子对单核细胞增多性李斯特菌的抑菌活性，结果表明最终获得10个正向突变子，阳性突变率为71.4％。其中突变子plnG29A表现出最强的抑菌活性，为野生型的2.4倍（平板抑菌圈法），相对MIC值为野生型的0.07倍（MIC值法），抑菌性能得到极大提高。29G-32A的组合突变分析证明hairpin-like结构的疏水性对以及α-螺旋的大小对pediocinPA-1的C-末端穿透细胞膜起关键影响，证明了hairpin-like结构对pediocin PA-1的抑菌作用的重要性。 高通量筛选是生物研究领域中筛选方法的重要发展趋势，与传统筛选方法相比，不但减少耗时耗能，提高检测效率，而且可以进一步促进相关领域的发展。建立一个适用性广泛的检测方法有助于筛选大容量突变体文库，更方便地获得高性能的工程菌株，大大缩短菌种进化周期。本部分内容以双酶偶联反应为原理，通过变通底物氧化酶实现对不同底物的有效检测，并利用96微孔板提高检测通量，实现目的菌株的高通量筛选。 丁二酸等二元酸在工业上有重要的应用价值，开发生产此类二元酸的工程菌有助于缓解能源危机。本部分研究构建了基于丁二酸氧化酶和过氧化物酶偶联的反应的高通量筛选体系，使用荧光信号检测的方法大大提高了检测的灵敏度，可根据荧光值参照标准曲线计算出底物丁二酸的浓度。双酶偶联方法产生的荧光值与底物浓度在一定范围内具有较高的线性关系，具有较高的底物特异性，优化结果显示使用M9盐培养基以及缩短发酵时间可提高丁二酸检测的准确性，可为高通量筛选产丁二酸的菌株提供初筛依据。 异戊醇等短支链醇具有比乙醇更高的利用价值，是更为理想的石油燃料替代品，在工业上的应用价值极大。将双酶偶联的筛选系统用于产短支链醇工程菌的筛选为生物发酵支链醇提供了基础。本研究同时构建了基于异戊醇氧化酶和过氧化物酶偶联的反应的高通量筛选体系，可根据Ab500nm吸光值的大小参照标准曲线计算出异戊醇浓度。该方法产生的500nm吸光值与底物浓度具有良好的线性关系，且该方法具有较高的底物特异性，菌株的代谢副产物对该方法的影响较小，因此可以为高通量筛选产异戊醇的菌株提供初筛依据。双酶偶联的高通量筛选体系根据待测底物的不同，选择对应的底物氧化酶可以延伸到其他底物的检测。