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黑色素是是一种异质的多酚聚合物,广泛存在于动物,植物和微生物中。微生物黑色素属天然色素类,具有安全、无毒、资源丰富等优点,在食品、化妆品、药品等领域具有广阔的应用前景。为探索更多的黑色素功能与价值,挖掘其新功能的潜力及形成机制,本论文围绕Streptomyces sp.ZL-24产黑色素的发酵条件、黑色素特性表征、生物活性检测及黑色素生物合成途径等方面展开研究,主要结果与结论如下:培养基组成的单因子实验结果显示:大豆蛋白胨、NiCl2和FeSO4是影响黑色产量的显著因子。当以大豆蛋白胨为氮源时,黑色素的产量从5.9 mg/L增加至45.9 mg/L;当在培养基中添加NiCl2后,黑色素的最大产量为56.2 mg/L;添加FeSO4后,黑色素的产量达到64.8 mg/L。通过中心复合设计实验确定黑色素发酵的最佳培养基组成为大豆蛋白胨（20.31 g/L）,FeSO4（1.33 g/L）和NiCl2（3.05 mM）。利用以上最佳培养基,按接种量3%（v/v）、培养基pH 7.0,30℃、液体发酵5天,黑色素的最大产量达到189.9 mg/L。但是这个数据远远低于黑色素的实际产量,原因是以上黑色素产量主要通过盐酸沉淀法提取测定,在发酵液中仍存在大量的黑色素未被沉淀。因此以上数据只代表水不溶性黑色素的产量。进一步利用以上最佳培养基,通过固体平板法制备了纯度较高的水溶性黑色素,其最大产量达到4.24 g/L,高于文献报道的数据。通过酸沉淀、酶水解等步骤对菌株ZL-24产生的水不溶性黑色素和水溶性黑色进行纯化,UV-vis、FT-IR、NMR波普分析结果显示以上黑色素具有典型黑色素的光谱特征。黑色素的生物活性检测结果显示:水溶性黑色素对革兰氏阳性菌Staphylococcus aureus ATCC6538和Mycobacterium smegmatis ATCC10231以及革兰氏阴性菌Pseudomonas aeruginosa ATCC9027表现出较强的抑菌作用,而水不溶性黑色素仅抑制革兰氏阳性细菌。水不溶性和水溶性黑色素都可以抑制革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的生物膜形成,其中,对Staphylococcus aureus ATCC6538和Pseudomonas aeruginosa ATCC9027的抗生物膜活性较高,抑制率分别为79.2%和71.7%,67.5%和74.6%。两种黑色素均表现出较强的羟基自由基清除活性、DPPH清除活性、和超氧自由基清除活性。50 mg/mL的水溶性和水不溶性黑色素以上三种自由基的清除活性分别为96%和88.7%、65.3%和55.7%、59.9%和60.7%。水溶性黑色素具有低细胞毒和H2O2诱导神经细胞SYHY-5Y氧化损伤的保护作用。通过菌株ZL-24黑色素组成成分分析、代谢中间产物的HPLC、LC-MS分析、关键酶活性测定和关键酶基因缺失突变与互补等环节解析其生物合成途径,结果显示:菌株ZL-24黑色素主要由多巴黑色素和脓黑色素组成,以脓黑色素为主。酪氨酸酶是前者合成关键酶,负责通过多巴途径合成黑色素,4-羟基苯丙酮酸加氧酶是后者合成关键酶,负责通过尿黑酸途径合成黑色素。