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聚p-羟基丁酸酯(Poly-β-hydroxybutyrate, PHB)具有良好的材料学性质和生物可降解性,在工业包装、农用地膜覆盖等领域具有广泛的应用前景,市场需求量巨大。四氢嘧啶(1,4,5,6-四氢-2-甲基-4-嘧啶羧酸；1,4,5,6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acid; Ectoine)是某些微生物应答高渗透压胁迫所合成的一种渗透压补偿性溶质,在细胞保护剂、生物制剂稳定剂、化妆品、药物制剂等领域具有重要的应用价值,商业附加值高。目前,PHB和Ectoine的商业化生产和应用规模均受制于它们的生产效率和成本价格。在提高PHB和Ectoine合成效率的诸多研究中,利用中度嗜盐菌进行的PHB和Ectoine在一个发酵过程中同时合成(PHB/Ect共合成)技术,通过Ectoine生产的高附加值对PHB的生产进行经济平衡,在推动PHB的商业化生产和应用中,显示了独特的技术策略和方法,成为该领域的新的研究热点。截至目前,PHB/Ect共合成的研究还仅限于菌株筛选、工艺条件等方面,某些技术问题如培养基高浓度NaCl、目标产物合成效率低下和提取纯化工艺繁复等问题,仍没有有效的解决思路和方法。本文通过实验与分析揭示了进一步提高PHB/Ect共合成效率的主要限制因素为：与Ectoine浓度阈值对应的高浓度NaCl对PHB合成的抑制作用；Ectoine与PHB合成不同步,PHB诱导合成阶段Ectoine停止合成或部分降解；现有的PHB提取纯化过程会造成Ectoine结构破坏。本文提出将Ectoine分泌型菌株用于PHB/Ect共合成可能具备如下优势：在较低NaCl浓度下进行PHB/Ect共合成；实现PHB与Ectoine同步合成；分泌至细胞外的Ectoine,避免平衡期在细胞内的降解。利用Ectoine分泌型菌株有望解决PHB/Ect共合成中存在的技术障碍。据此,本文主要研究内容及成果如下：(1)利用Ectoine分泌型菌株进行PHB/Ect共合成研究。从大连旅顺盐场盐池底泥筛选的2株和本研究室保存的2株Ectoine分泌型菌株中,筛选PHB合成菌株,从中挑选PHB和Ectoine二者合成量最高的菌株Halomonas salina DSM 5928。核磁共振分析鉴定H. salina DSM 5928在本文实验条件下细胞内合成并积累PHB,合成的Ectoine部分分泌至细胞外。H. salina DSM 5928为首次用于PHB/Ect共合成的Ectoine分泌型菌株。这类菌株为解决培养基高浓度NaCl、目标产物合成效率低下和提取纯化工艺繁复等问题提供了基础。(2)优化H. salina DSM 5928 PHB/Ect共合成条件。考查NaCl浓度、初始碳氮比、初始磷酸盐浓度对PHB/Ect共合成的影响。优化的PHB/Ect共合成条件为30 g/L NaCl、初始碳氮比为15、初始磷酸盐浓度为12g/L。优化条件下PHB/Ect共合成,PHB与Ectoine合成量分别为8.1 g/L和1.3 g/L。30 g/L的最适NaCl浓度显著显著低于截至目前报道的PHB/Ect共合成的盐浓度(≥75g/L)。(3)在整合PHB和Ectoine合成途径、分析二者代谢调控异同点的基础上,进行H. salina DSM 5928 PHB/Ect共合成代谢调控研究。通过监测添加柠檬酸钠前后乙酸生成量和发酵液pH确认了PHB/Ect共合成中的碳溢流现象,添加4g/L柠檬酸钠有效地抑制碳溢流,PHB和Ectoine合成量分别提高65.4%和23.1%；细胞生长平衡期通过限制供氧降低三羧酸循环流量而一定程度地积累PHB合成前体乙酰辅酶A,使PHB合成量提高了30.9%；葡萄糖和谷氨酸单钠为混合碳源,强化Ectoine合成代谢流量,使Ectoine合成量提高了1.3倍。研究表明,柠檬酸钠抑制碳溢流、降低三羧酸循环流量和葡萄糖与谷氨酸单钠为混合碳源的综合代谢调控手段,能够显著提高PHB/Ect共合成效率。(4)进行PHB/Ect共合成发酵的2.5 L发酵罐实验,并建立分批发酵细胞生长动力学模型和产物生成动力学模型。在动力学模型分析的基础上进行PHB/Ect共合成补料发酵。建立的生长动力学模型为建立的产物生成动力学模型为构建的30 g/L NaCl下生长细胞和非生长细胞两阶段PHB/Ect共合成补料分批发酵,PHB合成量为45.9g/L,Ectoine合成量为11.2 g/L。PHB/Ect共合成达到截至目前文献报道的最高水平。其中68.8%的Ectoine在生长平衡期合成,基本实现了PHB和Ectoine同步高效共合成。Ectoine总合成量的80.4%分泌至培养基中,有效地避免了生长平衡期Ectoine的降解。(5)研究了基于低渗透压冲击的纯水相的、无提取助剂的PHB提取纯化方法。考查低渗冲击强度、提取温度和提取时间对PHB提取率的影响。60g/L NaCl的渗透压差、60℃,提取时间4h, PHB提取率87.5%(纯度≥90%)。Ectoine提取率84.2%(纯度≥90%)。建立了工艺简单、安全环保和低成本高效率的PHB/Ect共合成产物提取技术。本文利用Ectoine分泌型菌株H. salina DSM 5928进行的PHB/Ect共合成研究,解决了现有PHB/Ect共合成技术培养基高浓度NaCl、目标产物合成效率低下和提取纯化工艺繁复等问题；为进一步提高PHB/Ect共合成效率提出了新的、有效的技术策略和方法。对于推动PHB和Ectoine的商业化生产和应用、降低使用塑料制品造成的白色污染等具有一定意义。