全球范围内快速增长的能源需求和日益严重的温室气体排放危机,使绿色、可持续型能源、材料和化学品生产路线的开发日益得到广泛的重视。光合生物制造技术以光合微生物为平台,利用太阳能将二氧化碳和水直接转化为目标化学品,在进行绿色合成的同时可以起到固碳减排的效果,因此成为一种极具潜力的生物燃料和生物基化学品合成路线。蓝细菌是最具潜力的微生物光合平台,具有生长速度快、光合效率高、遗传操作便捷等优势,被广泛的应用于光合合成生物技术研究和光合细胞工厂开发。乙醇和D-乳酸是具有代表性的两类生物燃料和生物基化学品,以蓝细菌为平台进行乙醇和D-乳酸的光驱固碳合成具有重要的科学研究和技术开发层面具有重要的示范和引领意义。本论文主要内容是对蓝细菌乙醇和D-乳酸光合细胞工厂的构建和优化策略进行研究。在第一部分工作中,本研究以乙醇合成为模式,探索了蓝细菌底盘细胞高温高光抗逆能力对光合细胞工厂生长和产物合成能力的影响。此前的研究发现,聚球藻PCC 7942中FoF1-ATP合成酶alpha亚基上位半胱氨酸突变为酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、色氨酸这四种共轭氨基酸中的一种都可以大幅提升细胞的高温高光耐受能力和生长速度。本论文首先将由丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶组成的乙醇合成途径导入聚球藻PCC 7942基因组,实现了该藻株的光合乙醇合成,进而向该藻株的FoF1-ATP合成酶alpha亚基的编码基因引入252位氨基酸定点突变（C252F）,有效提升了工程藻株的高温高光耐受性和生长速度的同时,乙醇产量也得到显著提升,表明针对蓝细菌光合细胞工厂的生理鲁棒性进行优化有助于提升光驱固碳过程的整体效能。在第二部分工作中,本研究以乳酸合成为模式,探索了异源代谢途径与蓝细菌底盘藻株光合生理背景适配的重要性。此前,蓝细菌乳酸光合细胞工厂的开发主要通过导入异源的NADH依赖型乳酸脱氢酶来实现,然而蓝细菌光合自养的代谢特点决定了其代谢环境是以NADPH而非NADH为还原力主要形式,这意味着异源途径与内源背景之间存在不适配的风险。本研究在底盘优化的基础上,进一步探索了导入不同辅因子依赖性（NADH/NADPH）的乳酸脱氢酶对光合细胞工厂乳酸合成能力的影响。结果表明,前期报道通过理性设计构建具有NADPH偏好性的D-乳酸脱氢酶,相比为进行辅因子偏好性优化的出发基因,在乳酸合成上表现出显著优势。本论文的研究结果表明,在外源代谢、途径引入、表达调控、碳流优化等基础策略之外,针对蓝细菌光合生理背景以及途径-底盘适配性进行优化,对高效光合细胞工厂的开发同样具有重要意义,有助于提升蓝细菌光合生物制造过程的整体效能。