本论文以Bacillus megaterium WSH-002和Ketogulonigenium vulgare WSH-001为研究对象，通过基因敲除、微生物生理学、转录组学、转座子突变和高通量筛选等研究方法，分析了K. vulgare在B. megaterium共生与否情况下发酵生产维生素C前体2-酮基-L-古龙酸过程的差异，提出和验证了两菌互生作用的机制，并建立了在全基因组尺度上研究共生作用机理的方法，为更为全面地研究B. megaterium和K. vulgare互生作用机制提供了新的途径。主要研究结果如下：1) B. megaterium芽孢形成和芽孢稳定性是影响两菌互生作用的两个重要因素。通过分别敲除芽孢生成主调控基因spo0A和吡啶二羧酸合成酶A亚基编码基因spoVFA，获得了芽孢形成缺陷和非稳定芽孢突变株。分别与K. vulgare混菌发酵结果表明：与野生体系相比，芽孢生成缺陷体系与芽孢不稳定体系的山梨糖转化率分别下降了33%和70%；K. vulgare最大细胞数分别下降15%和49%；山梨糖脱氢酶比细胞酶活分别只有野生菌发酵体系的74%和11%；发酵体系底物转化率与山梨糖脱氢酶活力正相关(R~2=0.922)。结果表明芽孢形成和芽孢稳定性与两菌互生作用过程紧密关联，同时也解释了大量芽孢杆菌属细菌可以作为有效伴生菌的现象。2)从混菌发酵和单菌发酵过程胞外营养因子、氧化还原电位(ORP)变化以及重要代谢途径中关键基因相对表达水平分析了B. megaterium伴生作用引起的差异。结果表明：B. megaterium在芽孢形成后向培养基中释放了大量代谢产物。其中包括多种K. vulgare不能从头合成及培养基中缺乏的营养因子，比如甘氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苏氨酸、天冬酰胺等氨基酸、叶酸和核黄素。重要代谢途径中众多关键基因转录水平上调表明了互生作用促进了氨基酸代谢、三羧酸循环以及辅因子的合成与代谢。3)通过对混菌发酵及单菌发酵对数中期K. vulgare全基因组表达谱数据分析，结果表明：相对于单菌发酵，K. vulgare中分别有95和81个基因表达显著上调和下调(fold>2.0，p<0.01)；通过蛋白质直系同源簇(COG)注释结果分析表明两种发酵模式下基因表达差异主要集中在氨基酸转运与代谢、无机离子转运与代谢、能量生成和转化相关的基因；结合代谢途径分析结果表明B. megaterium共生过程释放的营养因子诱导了大量氨基酸和寡肽转运蛋白基因的表达，增强了氨基酸代谢途径中多个限速酶基因的表达，促进了K. vulgare对营养物质的吸收和利用；单菌发酵模式下，丙酮酸激酶下调引起磷酸戊糖途径通量增加，NADPH合成增强，三羧酸循环通量下降。并且细胞增强了铁转运和代谢途径基因表达和Fe-S簇的合成；在此基础上得出单菌发酵过程中K. vulgare受到了氧化胁迫的推论。4)通过分析两种发酵体系中细胞内、外活性氧(ROS)积累水平、脂肪过氧化程度、抗氧化能力等指标对K. vulgare受到氧化胁迫的推论进行验证。结果表明：单菌体系胞外ROS水平快速升高，是混菌体系的2-5倍；单菌体系发酵稳定期和发酵末期，细胞内脂肪过氧化程度分别是混菌体系的7.3和6.4倍，说明细胞受到了ROS引发的氧化胁迫；单菌体系发酵后期细胞内蛋白巯基占总巯基比例为13.8%，约是混菌体系的1/7，说明蛋白质中的半胱氨酸残基可能受到ROS的氧化修饰，导致酶活力丧失；混菌体系胞外总抗氧化能力(TAC)约是单菌体系1.5-6.0倍，胞内的TAC则是其2.9-7.9倍；发酵前、中、后期，混菌体系胞内的总SOD活力分别是单菌体系的22，14.6和10.2倍。结果表明混菌发酵体系细胞具有更强的超氧阴离子清除能力，能有效保护Fe-S簇免受超氧阴离子的攻击；以上结果表明B. megaterium清除代谢生成的ROS是两菌互生作用机理之一。5)通过伴生菌转座子突变库构建、高通量筛选方法建立及实验验证，结果表明：2-KLG的积累伴随着K. vulgare产生的棕色水溶性色素的生成，两者浓度线性相关；突变库筛选结果K均值聚类分析和三角瓶验证结果表明了基于24孔板和OD450比色测定的筛选方法适用于混菌体系的高效筛选；在此基础上，通过对总计1087株突变株的筛选，筛选出一株编号为m71的突变株，该突变株混菌发酵底物转化率与野生体系相比下降了38%。基因插入位点分析表明转座子插入基因位点位于染色体3330114碱基处，所在CDS编码alpha/beta fold family hydrolase，但其具体生理功能未知；以上结果表明，结合转座子突变技术和高通量筛选方法，在全基因组尺度上筛选互生作用关键基因是可行的。该研究为进一步揭示两菌的互生作用机制提出了新的途径。