海藻糖是两分子葡萄糖以α-1，1糖苷键连接形成的一种非还原性双糖。作为生物体重要的抗逆应激物，对生命体、生物膜和生物大分子具有非特异性保护作用。它独特的结构和生物学功能使得它在食品工业、医药工业、化妆品工业和农业等领域具有广泛的应用前景。海藻糖合成酶通过分子内的转糖苷作用转化麦芽糖生成海藻糖，它是海藻糖生物合成的重要途径，也是有工业应用价值的酶法生产海藻糖的重要方法之一。目前有关海藻糖合成酶的研究主要集中在高温和中温微生物中，对低温微生物所产海藻糖合成酶研究较少。极地具有极端低温、高盐度及干燥等独特的地理及气候特征，是低温微生物的重要来源。本论文从极地微生物中分离筛选产海藻糖合成酶的低温菌，并对其进行微生物学、分子生物学和酶学研究。本论文研究的目的，一方面是为了拓宽海藻糖合成酶产生菌的来源，获得具有自主知识产权的海藻糖合成酶产生菌，并为利用该菌工业化生产海藻糖提供理论指导，奠定技术基础：另一方面，也为进一步理解海藻糖合成酶在不同微生物中的生理作用、系统进化等提供一定的分子生物学及酶学信息。　　 经过一系列的初筛、复筛和对产物的进一步验证，从83株极地土壤细菌和20株极地海洋细菌中筛选到一株产海藻糖合成酶的极地海洋细菌菌株S1。该菌株具有较强的将麦芽糖转化为海藻糖的能力，其粗酶液转化率为70～76%，部分纯化酶约80～82%。结合菌体形态特征、培养特征、生理生化特征和16S rDNA序列分析结果以及系统发育学特征，根据多相分类原则，将其鉴定为恶臭假单胞菌Pseudomonas putida S1。对其生长特性的研究表明，该菌株为耐冷菌和耐盐菌。其所产的海藻糖合成酶属于低温碱性酶。　　 在20℃培养20h后，对P.putida S1进行热激(25℃或30℃30min)或盐胁迫(加入0.5～0.6 mol/L的NaCl)处理，可以使其合成海藻糖合成酶的活性分别提高70～76%和90～92%。而对其进行冷激处理(5℃，0℃和-17℃，30min)未对菌株产海藻糖合成酶表现明显的促进作用。热激和盐胁迫协同处理未表现出明显的协同作用。　　 以P.putida S1染色体DNA为模板，采用PCR技术，成功克隆了P.putida S1的海藻糖合成酶基因treS。基因序列分析结果显示，该基因开放阅读框大小为2067bp，编码的蛋白质分子含688个氨基酸残基，分子量约75.7KD。同Genbank数据库中已公开的海藻糖合成酶基因序列进行同源性比对分析结果表明，P.putida S1的海藻糖合成酶与Pseudomonas属细菌的海藻糖合成酶的基因序列和蛋白质序列同源性均在70%以上。但与其它已报道的一些海藻糖合成酶，如来自于Pimelobacter sp. R48和Thermus aquaticus的海藻糖合成酶同源性均低于30%。　　 将菌株P.putida S1的treS基因与表达载体pQE30T连接并转化宿主菌E.coli M15，得到了过量表达P.putida S1 treS基因的重组菌E.coli M15/pQE30T-TS。该菌株经IPTG诱导表达后，其细胞裂解上清液中海藻糖合成酶活性高达18.1u/ml，比酶活为5.36u/mg蛋白，分别比原始菌株P.putida S1提高了50倍和120倍。该基因工程重组菌株显示出良好的应用前景。　　 采用两次Ni-NTA亲和柱层析对重组海藻糖合成酶进行了纯化。对纯化的重组海藻糖合成酶的酶学性质研究结果显示，该酶最适作用温度25℃，酶在35℃以下稳定。最适作用pH为8.5，在pH7.5～9.0范围内稳定。1mmol/L的Hg2+，Cu2+，Fe3+，Zn2+对该酶活性有不同程度的抑制作用，Tris盐对重组海藻糖合成酶活性具有较强的抑制作用。重组海藻糖合成酶以麦芽糖为底物时，Km=10.2mmol/L，Vmax=27.0μmol/mgprotein/min；而以海藻糖为底物时Km=87.5mmol/L，Vmax=26.0μmol/mg protein/min。表明该酶对麦芽糖的亲和性比对海藻糖的亲和性高。　　 P.putida S1海藻糖合成酶在基因序列、蛋白质序列和酶学性质等方面与已报道的海藻糖合成酶均表现出一定的差异，表明该酶是一新酶。其基因序列已提交Genbank数据库，Accession Number: EU310374。