细菌的许多宏观生理行为是由基因调控决定的。反过来，基因调控也受到细菌各种生理行为的影响。本论文对细菌的一些生理行为与基因调控之间的相互依赖关系进行了定量系统的研究。　　 在大肠杆菌中，CRP是一种全局转录因子，由cAMP激活，并负责调控乳糖代谢。在前期实验中，我们组发现高水平的CRP-cAMP导致启动子活性和细胞生长速率均显著下降。为解释这一异常现象，通过假设与DNA非特异性结合的CRP-cAMP绑架RNA聚合酶，提出了一个全局调控模型，并做了大量实验来验证由模型给出的预言。这一研究中，本人主要完成了突变CRP，测量CRP突变体效应以及以基因组上的lacZ作为报告基因的相关实验。　　 在细胞周期中，基因组的复制受到严格的控制。复制起始频率需要与增殖速率相匹配。在许多种类的细菌中，DnaA是基因组复制起始中的关键调节因子。基于大肠杆菌复制起始位点处DnaA盒子的分布特点，我们推导了复制起始概率。考虑到通过影响DnaA的活性和定位来调控复制起始的各个因素之后，发展了一个动力学模型来描述与细胞周期相匹配的DnaA振荡现象。模拟结果显示对于DnaA的各种调控使基因组复制和细胞生长相耦合。我们也探讨了其他因子对DnaA振荡的影响。我们提出RNA聚合酶是通过调整dnaA的转录活性来协调不同生长速率下基因组复制和细胞生长过程的一个候选因子。　　 为适应各种各样的环境压力，细菌进化出了各种响应机制。这些机制经常涉及到细胞资源尤其是蛋白资源的重新分配。近年来，研究人员发现了细菌生理变化的一些现象学特征，并基于关于蛋白的一个自我复制系统进行了解释。为了研究在压力条件下细菌蛋白的分配问题，我们建立了一个最优化模型。我们的模型考虑了一个更加完整的蛋白自我复制系统，并应用了流平衡分析的方法。通过把生长速度作为优化目标，得到了最佳的蛋白分配方式，并总结了一些在压力条件下细菌蛋白分配的普遍性质。我们也分析了蛋白聚集体的毒性对蛋白分配的影响，以及实现蛋白重新分配的一些分子机制。我们分别测量了大肠杆菌在翻译、酸性和氧化压力条件下的生长速度和组成型表达的β-半乳糖苷酶的活性，并基于我们的模型对实验结果进行了解释。