番茄红素是类胡萝卜素的一种,具有抗氧化、调控细胞的生长和代谢、调节胆固醇的代谢、预防和抑制肿瘤等多种生物活性,广泛用于医疗保健领域。为在酿酒酵母中生物合成番茄红素,本研究首先在酿酒酵母BY4742的δDNA位点整合入来源于成团泛菌的CrtB和Crtl基因获得产番茄红素的工程菌ZD-Ly-100,再针对萜类生物合成途径的关键酶基因HMG1、IDI、ERG20、SaGGPS和ERG9的表达进行系统调控,发现HMGR和GGPS两个关键酶控制二萜的生物合成。生物合成途径的构建与优化涉及到多个基因的同源重组。本研究利用酵母多片段整合技术,将控制工程菌基本萜类合成的tHMG1基因,及控制GGPP二萜生物合成的关键酶ERG20-BTS1和SaGGPS,用多片段整合技术一步法整入菌株ZD-Ly-000的rDNA位点,获得ZD-Ly-201。和菌株ZD-Ly-000相比,ZD-Ly-201番茄红素的产量显著提高77.0倍达到13.23mg/L。在进一步的发酵过程优化中发现：利用指数补料法可以在保证单位细胞产率无较大变化的基础上,实现相关工程菌的高细胞密度,OD600高达500以上；限制磷酸盐的供给可以控制细胞的生长,有利于目标产物的积累；在细胞生长对数期向发酵罐内添加有机萃取剂,可以减轻细胞负担,促进目标产物的积累(提高约2倍)。经过系列优化后,建立的发酵方法能较大程度提高番茄红素工程菌和原人参二醇工程菌等酿酒酵母型工程菌中目标产物的产量：番茄红素高密度发酵产量从13.23mg/L提高135.21mg/L(10.2倍),原人参二醇产量从148mg/L提高到了1590mg/L(10.75倍)。为利用生物发酵法生产番茄红素和原人参二醇等天然产物提供基础。