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丁二酸作为一种重要的C4平台化合物，能够通过化学或生物转化合成许多高附加值的大宗化学品。微生物发酵法生产丁二酸具有反应条件温和，环境友好等特点，受到国内外研究人员的广泛关注。目前，丁二酸生物合成工业化的关键问题主要包括原料成本过高，菌株生产能力较低等。针对这些难题，本研究从构建高产丁二酸菌株出发，探讨大型藻类（巨藻）生物质作为新型碳源发酵生产丁二酸的可行性。 本研究首先敲除了野生型Escherichia coli W3110厌氧代谢中副产物途径的关键酶:乳酸脱氢酶（ldhA）和丙酮酸甲酸裂解酶（pflB），构建了菌株E.coli BS002。由于胞内氧化还原不平衡及丙酮酸积累等原因，该菌株在严格厌氧条件下无法利用葡萄糖。由于磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶(PCK)在催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)至草酰乙酸(OAA)的反应过程中伴随ATP的生成，考虑到能量代谢的诸多优势，向E.coliBS002引入Actinobacillus succinogene130Z PCK，构建了工程菌E.coli BS101(△ldhA△pflB∷Kan/ pTrcHisA-130Zpck)。摇瓶发酵结果表明E.coli BS101消耗8.14 g/L葡萄糖，积累4.77 g/L丁二酸和2.65 g/L丙酮酸，丁二酸得率达到0.88 mol/mol，较野生型E.coli提高约3倍，同时几乎不产生乳酸、甲酸和乙酸。其次，研究酶的表达水平、HCO3-的供应方式以及浓度对于菌株生长和丁二酸合成的影响，优化PCK催化效率和胞内ATP的供给能力。摇瓶发酵结果表明，当IPTG浓度为0 mmol/L和NaHCO3浓度为15 g/L时，PCK的催化能力最高，菌株的丁二酸产量和摩尔得率分别达到5.68 g/L和1.15 mol/mol，较之前提高约20％和28％。此外，通过进一步考察胞内ATP的供应强度，证实在最优条件下菌体胞内ATP的水平较未优化时提高近2倍。此外，考察L.japonica为代表的巨藻生物质作为发酵碳源生产丁二酸。经过简单的预处理和酶解后，L.japonica水解液中主要包含10.31 g/L葡萄糖和10.12 g/L甘露醇。选择以E.coli BS002作为生产菌株，当甘露醇作为单一碳源时，丁二酸摩尔得率高达1.39 mol/mol，较葡萄糖作为碳源时提高近38％。而且，水解液不需要进行脱毒处理，能够直接被用于菌体生长和丁二酸合成，但是菌株对于葡萄糖和甘露醇的利用过程中存在“diauxic”现象。最终，工程菌利用L.japonica水解液发酵产生17.44 g/L丁二酸、2.73 g/L丙酮酸和1.55 g/L乙酸，丁二酸总摩尔得率达到1.24 mol/mol总糖。