γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid, γ-PGA）是L-谷氨酸（L-glutamic acid）和D-谷氨酸（D-glutamic acid）两种谷氨酸为单体,通过γ-酰胺键结合形成的聚氨基酸化合物。γ-聚谷氨酸具有强水溶性、生物相容性、生物降解性等广泛的应用于医药、食品、化妆品和水处理方面。微生物发酵γ-聚谷氨酸过程中,溶氧是发酵工艺的一个重要参数。氧的供应对菌体的生长和产物的积累有很大的影响。发酵γ-PGA的过程中,由于γ-PGA的不断生成,发酵液的粘度越来越大,发酵液的溶氧受阻。本研究一方面采用基因工程策略,将含有透明颤菌血红蛋白基因vgb的质粒pET28a（+）-His（±）-vgb、pLJ-vgb分别导入大肠杆菌BL21（DE3）和枯草芽孢杆菌DB403中,透明颤菌血红蛋白在重组细胞中得以表达,促进了菌体密度的增长和相关产物产量的提高。另一方面采用纳米气泡技术,解决发酵液中的溶氧问题,最终提高γ-PGA的产量。本研究包括三方面的内容：（1）透明颤菌血红蛋白的优化及在大肠杆菌中的克隆、表达及活性研究根据http://www.bioinformatics.org/codon/cgi-bin/codon.cgi在线对血红蛋白cDNA进行密码子优化,将优化后的血红蛋白cDNA克隆于大肠杆菌质粒载体pET28a（+）中,构建成含有血红蛋白基因vgb、六个组氨酸的融合表达载体pET28a（+）-His（+）-vgb以及pET28a（+）-His（-）-vgb,将上述两种重组载体分别转化入大肠杆菌BL21（DE3）中得到基因工程表达菌株pET28a（+）-His（+）-vgb/BL21（DE3）和pET28a（+）-His（-）-vgb/BL21（DE3）。利用IPTG诱导表达,两株重组菌株表达融合血红蛋白的分子量为18KDa左右,血红蛋白的分子量为14KDa左右。比较分析两株重组菌株表达的血红蛋白对菌体生长及L-天冬酰胺酶活性的影响。结果表明,IPTG诱导24小时后,pET28a（+）-His（-）-vgb/BL21（DE3）菌体细胞密度是pET28a（+）/BL21/（DE3）的4.3倍,比pET28a（+）-His（+）-vgb/BL21（DE3）菌株密度高出17.3%。重组菌株表达的L-天冬酰胺酶的活性大于菌株pET28a（+）/BL21/（DE3）。（2）透明颤菌血红蛋白在枯草芽孢杆菌的克隆、表达及活性研究构建三种表达载体pLJ-vgb、pLJ-p-vgb、pHT43-vgb分别电转化到枯草芽孢杆菌DB403中,诱导表达后,经SDS-PAGE鉴定pLJ-vgb/DB403在15KDa处有明显的蛋白条带,分子量大小与理论值相符合。经一氧化碳差光谱分析显示,在419nm处有明显特征峰,初步确定该系统表达的血红蛋白有活性。检测pLJ-vgb/DB403表达的血红蛋白对枯草芽孢杆菌DB403生长的影响,结果显示麦芽糖诱导24小时后,重组菌株诱导后的菌体细胞密度是诱导前的7倍,是pLJ/DB403菌体细胞密度的1.2倍。重组质粒pLJ-vgb转化枯草芽孢杆菌DL,转化结果总是显示阴性。经分析枯草芽孢杆菌DL中存在质粒,由于质粒的不相容性,未能实现重组质粒的转化。（3）纳米气泡对枯草芽孢杆菌DL的生长及γ-聚谷氨酸产量的影响枯草芽孢杆菌DL在含有纳米气泡的水配制的培养基中,静置培养36小时后,菌体的细胞密度提高了51.1%。210r/min培养48小时后,γ-聚谷氨酸的产量从33.92±1.55g/L提高到37.21±0.39g/L。培养过程中,纳米气泡在水中的稳定性比较差,需瞬时使用,放置一段时间纳米气泡逐渐减少。综上所述,本文参考相关文献和已有的研究基础,采用基因工程的手段成功的实现透明颤菌血红蛋白在大肠杆菌中和枯草芽孢杆菌DB403中的表达,且血红蛋白明显的促进了菌体的生长及相关产物的产量的提高。采用含有纳米气泡的水培养枯草芽孢杆菌DL,菌体的细胞密度和Y-聚谷氨酸的产量均有所增加,为纳米气泡应用于发酵产业提供了一条新思路。