表面活性素（surfactin）是来自于微生物的脂肽类次级代谢产物,具有优良的表面活性和乳化性,是一种良好的生物表面活性剂。此外表面活性素一般还具有抗菌、抗病毒和抗癌等生物活性,因此在食品工业、医药行业和环境修复等领域有着广泛的应用价值。但是天然菌株产生表面活性素的能力通常很低,限制了其在生产中的应用,因此通过诱变菌株提高表面活性素的产量有着十分重大的意义。本研究首先利用常压室温等离子体（Atmospheric and Room Temperature Plasma,ARTP）诱变枯草芽孢杆菌,筛选高产表面活性素的突变株,并采用基因组学等方法初步研究其诱变机制;其次,对突变株的发酵工艺分别进行单因素和响应面优化试验,获得最优发酵工艺条件;对最优发酵工艺条件下突变株发酵产生的表面活性素进行提取,鉴定其结构,并研究其功能特性。本文的主要研究内容及结果如下:（1）ARTP诱变选育高产表面活性素菌株的研究。根据表面活性素产量从6株芽孢杆菌中通过对比选择枯草芽孢杆菌CICC 10721为出发菌株,其表面活性素产量为0.73 mg/mL,利用ARTP对其进行诱变育种,结果表明在诱变时间24 s、功率100 W、载气量10 SLM（标况下升每分钟,Standard Litre per Minute）的条件下,ARTP对菌株致死率为92.21%。在该条件下以溶血圈初筛、摇瓶发酵复筛的方法筛选获得突变菌株M45,其溶血圈直径与菌落直径比值达到6.11,表面活性素产量相对出发菌株提高了35.6%,达到0.99mg/L且传代稳定。通过对比出发菌株和突变菌株的发酵动力学参数,发现突变菌株M45的最大菌体干重、最大生长速率以及产物表面活性素合成参数等均大于出发菌,说明突变菌株M45的生长性能和发酵产表面活性素性能均高于出发菌株。（2）对ARTP诱变枯草芽孢杆菌CICC 10721的机制进行初步研究。首先,通过扫描电镜观察发现ARTP诱变处理后的菌体形态发生改变,出现弯曲、突出、凹陷、变长以及破损等现象,另外,诱变后的菌体胞内钙离子浓度显著增加,说明ARTP处理改变了枯草芽孢杆菌细胞膜的通透性。通过基因组重测序分析,发现突变株M45相对于出发菌株发生了66个SNP非同义突变位点,涉及到30个基因,将差异基因编码的氨基酸序列分别在GO（Gene Ontology）、KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）、eggNOG（evolutionary genealogy of genes:Non-supervised Orthologous Groups）数据库中进行比对,发现差异基因中dltC、ytrC和ycbP等与膜组成相关,OTC、argF和argI基因与氨基酸转运和代谢相关,argF、yobL和pbpA基因与有机酸的结合与代谢有关,fevC、ytrC、secDF和agG基因涉及到细胞膜转运。（3）以表面活性素产量为主要评价指标,对突变菌株M45进行了发酵工艺的优化。单因素试验结果表明,影响表面活性素产量的主要因素是初始pH值、接种量和葡萄糖含量,通过响应面优化试验后得到最优发酵工艺条件为:葡萄糖含量4.35%（W/V）、硝酸铵含量0.8%（W/V）、接种量4.68%（V/V）、初始pH值7.14、发酵温度30℃、摇床转速180 r/min,在此条件下,表面活性素产量为2.15 mg/mL,相比优化前提高了148%。（4）对突变菌株M45产生的表面活性素进行了结构鉴定和功能特性的研究。高效液相色谱分析发现从发酵液提取的表面活性素纯度达到89.3%,通过氨基酸组成分析和液相色谱-质谱联用分析等发现其中主要的表面活性素类型有:C₁₂2 surfactin、C₁₃3 surfactin、C₁₄4 surfactin、C₁₅5 surfactin和C₁₆6 surfactin。对表面活性素提取物的表面活性、乳化性、抗氧化性等研究发现:表面活性素提取物的临界胶束浓度约为0.1 mg/mL,该浓度下溶液表面张力比对照组降低56%;5mg/mL的表面活性素提取物溶液乳化指数即可达75%,且在5 d后仅下降2.7%;提取物对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH）自由基清除的IC₅₀浓度为4.42 mg/mL。研究表面活性素提取物对结肠癌细胞（Caco-2）、肝癌细胞（HepG2）和宫颈癌细胞（Hela）增殖的抑制效应,发现表面活性素提取物对三种癌细胞增殖均具有显著的抑制作用,其作用24 h后抑制增殖的IC₅₀浓度分别为293.11、90.94和81.67μg/mL。