在谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）中,脱氢酶途径和琥珀酰化酶途径同时参与L-赖氨酸的合成。研究表明,琥珀酰化酶途径对L-赖氨酸产量的贡献占到70%左右,脱氢酶途径只占到约30%。尽管脱氢酶途径对L-赖氨酸产量的贡献率较低,但其步骤简单,可一步合成L-赖氨酸的前体物质内消旋二氨基庚二酸（meso-diaminopimelic acid,meso-DAP）,所以强化这条途径对增加L-赖氨酸生产的潜力巨大。然而,目前对于改造二氨基庚二酸（diaminopimelic acid,DAP）途径合成L-赖氨酸的策略主要集中于对单一途径的强化,很少有关于对这两条途径进行重新平衡的报道。为此,本研究针对这两条途径进行代谢平衡改造,首先优化了细胞对NH4+的吸收能力,通过调节氮源供应来提高途经的利用率,然后重新平衡两条途径的代谢通量使得脱氢酶途径占有优势地位。最后改变二氨基庚二酸脱氢酶（diaminopimelate dehydrogenase,Dap DH）的辅酶偏好性,缓解了NADPH供应不足的问题。基于上述改造,获得一株可以高效合成L-赖氨酸的重组菌株XQ-5-9。主要研究结果如下:（1）在含有不同NH4+浓度的摇瓶发酵培养基中培养L-赖氨酸产生菌C.glutamicum XQ-5,考查了NH4+浓度对L-赖氨酸生物合成的影响。结果表明,适当增加NH4+供应有利于促进L-赖氨酸的合成。在摇瓶培养基中添加八种不同浓度的NH4+溶液(50mmol·L-1、100 mmol·L-1、200 mmol·L-1、250 mmol·L-1、300 mmol·L-1、350 mmol·L-1、400 mmol·L-1和500 mmol·L-1)进行摇瓶发酵。结果表明,在350 mmol·L-1 NH4+浓度下菌株的L-赖氨酸生产强度最大,比300 mmol·L-1 NH4+浓度下的qLys,max.提高了10%。（2）减弱谷氨酸棒杆菌氮源限制,增加胞内NH4+浓度,同时提高了脱氢酶途径的利用率,促进了L-赖氨酸合成。为了强化脱氢酶途径的利用,过表达基因ddh（编码二氨基庚二酸脱氢酶,Dap DH）,结果表明,过表达基因ddh后对L-赖氨酸的产量影响较小。但是在相同的NH4+浓度下,重组菌株XQ-5-1的qLys,max.比出发菌株高5%-10%,说明重组菌株XQ-5-1的L-赖氨酸生产强度高于出发菌株。考虑到脱氢酶途径需要高NH4+环境,随后通过敲除氮代谢调控因子Amt R减弱氮源限制,通过摇瓶发酵结果可知,重组菌株XQ-5-3的qLys,max.得到了提高,且L-赖氨酸产量达到了53.8±3.98 g·L-1,比出发菌株XQ-5的L-赖氨酸产量(48.2±3.54 g·L-1)提高了11.6%。（3）优化脱氢酶途径和琥珀酰化酶途径代谢通量,强化脱氢酶途径在L-赖氨酸合成途径中的作用。结果表明,提高脱氢酶途径的碳通量同时弱化琥珀酰化酶途径的碳通量有助于L-赖氨酸产量的进一步累积。首先尝试阻断琥珀酰化酶途径,结果表明重组菌株XQ-5-8的qLys,max(0.30±0.04 g·g-1·h-1)比菌株XQ-5-3的qLys,max(0.25±0.03 g·g-1·h-1)提高了20%,但是L-赖氨酸产量(41.9±4.57 g·L-1)略有下降,造成这种情况的原因是阻断琥珀酰化酶途径不利于脱氢酶途径逆反应的减弱。因此选择对琥珀酰化酶途径进行弱化,最终得到了六株不同弱化水平的重组菌株,最优重组菌株XQ-5-W4的L-赖氨酸产量为58.5±5.43 g·L-1,qLys,max为0.31±0.04 g·g-1·h-1,分别比出发菌株提高21.4%与55%。（4）改变Dap DH辅酶偏好性,改善胞内辅因子供应水平,进一步提高脱氢酶途径利用率,L-赖氨酸产量得到了明显的提升。通过检测胞内NADPH以及NADP+含量,发现优化后的重组菌株XQ-5-W4与出发菌株XQ-5相比胞内NADPH含量明显下降,考虑L-赖氨酸产量被辅因子供应不足而限制。因此对Dap DH进行结构分析,通过分子对接以及序列比对,找到关键的突变位点。结果表明突变酶Dap DHSer35Glu提高了以NADH为辅因子时的酶活,并且重组菌株XQ-5-9中的胞内NADPH水平提升,说明成功改变了Dap DH的辅酶偏好性,最终L-赖氨酸产量达到了63.5±3.78 g·L-1,比出发菌株(48.2±3.54 g·L-1)高31.7%。此外,菌株XQ-5-9的qLys,max为0.34±0.03 g·g-1·h-1,与出发菌株(0.20±0.01 g·g-1·h-1)相比提高了70%。