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随着塑料工业的迅猛发展，环境污染问题接踵而至，为减轻塑料垃圾的危害，生物可降解塑料及其合成技术成为了人们关注的研究热点。聚β-羟基丁酸酯(PHB)是生物可降解塑料的典型代表，因其具有化学合成塑料的特性，又具有良好的生物可降解性和生物相容性等特殊性能，在塑料材料领域有着广阔的发展前景。目前，PHB生物合成路线的研究一直占据该领域的主导地位，但由于发酵成本高等因素制约，使PHB无法与石化合成塑料竞争，难以拓宽应用市场。利用低成本高产PHB的菌株生产更具实用性的PHB对实现PHB的工业化生产有十分重要的意义，也是研究者致力研究的课题。
本学位论文对利用廉价碳源生长的甲基弯菌IMV3011的细胞发酵培养及胞内PHB积累开展了相关研究，通过优化细胞培养环境，完善胞内催化作用机理，扩大规模的发酵培养方式的探索，以及对PHB分子量的调控的深入研究，建立了低成本调控甲基弯菌IMV3011胞内代谢合成更具实用性PHB的方法，推进了微生物生产PHB的工业化进程：
1.在对甲基弯菌IMV3011细胞的基本生长规律和胞内PHB的积累能力的研究基础上，利用该菌种以廉价的甲烷、甲醇作为碳源生长的优势，通过调整碳源供给、培养基组成等手段，优化胞外生长环境，促进胞内PHB积累，在甲烷作为基本碳源供给的前提下，以少量甲醇(2.5 g/L)的加入在原有基础上大幅提高了细胞产量(2.5 g/L)及胞内PHB的积累能力(50％)。
2.以已建立的甲烷氧化细菌的胞内代谢循环机理为指导，通过引入柠檬酸，苹果酸，乙酸铵等物质成功导向PHB合成路径的研究，证明了不同物质对细胞代谢循环相应的调控作用；通过对胞内PHB合成酶系各种酶活性的研究，对各种酶在不同PHB积累阶段的作用进行推测。在此研究基础上，分析确立了调控甲基弯菌IMV3011细胞合成PHB的关键因素，完善了该菌种胞内调控PHB合成的作用机理，为合理调控PHB合成提供了必要的理论依据。
3.结合摇瓶发酵培养甲基弯菌IMV3011合成PHB的研究成果，根据发酵罐发酵体系自身的特点，突破两段式的传统培养方法，探索建立了一段式的短期、高效、简便的发酵罐发酵培养生产PHB的方法，提高了发酵生产的效率。
4.基于前人对合成的PHB分子量调控因素及理论的探索研究成果，通过细胞培养环境和培养方式的改变可实现甲基弯菌IMV3011胞内合成PHB的分子量在8.6×105至1.4×106范围内变化，结合PHB合成酶系的酶活与分子量的关系的研究结果，进一步提出了不同微生物体系合成目标分子量产品的依据，为拓宽合成聚酯的应用领域、实现合成更具商业价值的PHB研究奠定了基础。