水体中氮、磷含量超标会导致水体富营养化。氮、磷的有效去除成为治理水体富营养化的关键。传统生物脱氮除磷有较多局限性,而反硝化聚磷菌兼具反硝化菌和聚磷菌的能力,可破解上述存在的局限。本研究发现固氮红细菌S7(RC59hodobacter azotoformans 2.4.3)也具有反硝化聚磷菌的代谢特点。FnrL和NarL全局转录因子在许多细菌的脱氮除磷调节机制中发挥重要作用,本课题拟探究固氮红细菌S7中FnrL和NarL转录调控因子对反硝化代谢和聚磷代谢的调控能力及作用机制,丰富人们对固氮红细菌S7脱氮除磷的认识,并为水体富营养化防治提供指导。首先,利用固氮红细菌的遗传操作方法,分别构建fnrL基因敲除株(ΔfnrL)、fnrL基因回补株(ΔfnrL/fnrL)、SB203580浓度fnrL基因过表达株(WT/fnrL op)、narL基因敲除株(ΔnarL)、narL基因回补株(ΔnarL/narL)、narL基因过表达株(WT/narL op)、对照菌株(WT/op)7株基因工程菌。然后对这7株基因工程菌的生物量,硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐代谢能力进行分析。结果显示固氮红细菌S7的FnrL和NarL明显影响该菌的反硝化和聚磷代谢,过量表达FnrL和NarL则会抑制反硝化和磷酸盐代谢,适量的表达则促进代谢。同时研究发现聚磷代谢在固氮红细菌S7反硝化代谢中发挥着重要的作用,强化磷酸盐代谢使S7的生物量及反硝化代谢能力明显提升。S7聚磷和反硝化代谢具有显著的相关性,这与反硝化聚磷菌的代谢特点相一致。通过荧光定量PCR对ΔfnrL和ΔnarL中反硝化聚磷代谢的关键基因进行分析,初步解析了FnrL和NarL对固氮红细菌S7反硝化聚磷代谢的调控机制。当菌体处于高硝酸盐浓度环境中,通过强化fnrL基因的转录,促进其硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮Keratoconus genetics还原酶基因的表达,加快硝酸盐的代谢速率,对反硝化起到促进作用;通过强化narL基因的转录,一方面抑制硝酸盐还原酶过量表达,减少亚硝酸盐的过量积累,另一方面增强亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶的活性,加快硝酸盐代谢,对反硝化也起到促进作用。当菌体处于高磷酸盐浓度环境中,通过强化fnrL和narL基因的转录,增强对腺苷酸激酶基因转录的抑制,从而使磷元素更多地流向聚磷代谢,起到促进作用。最后通过对固氮红细菌S7的FnrL转录因子与已知同源蛋白氨基酸序列的对比、同源建模以及靶基因启动子预测等手段,预测具有潜力的突变位点,并采用定点突变技术进行定向改造,以期获得脱氮除磷能力更强的固氮红细菌。但实验获得的突变株反硝化代谢被明显抑制。尽管如此,该结果间接表明选择的FnrL突变位点与反硝化代谢调节存在直接的关联。