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丁二酸不仅可以用于化工、食品、医药等行业的添加剂，还可以作为C4平台化合物用于合成1，4-丁二醇，四氢呋喃、γ-丁内酯等大宗化学品以及聚丁二酸丁二醇酯类生物可降解材料。生物法制备丁二酸因其能利用可再生资源、固定温室气体CO2等优点，近年来成为国内外研究的热点。影响和制约生物法制备丁二酸的瓶颈主要是制备原料成本高，其中探索以廉价的生物质原料制备丁二酸成为研究热点之一。本论文针对如何提高生产菌株对廉价生物质原料的利用效率展开研究。 Actinobacillus succinogenes是目前公认的最具潜力的丁二酸产业化优势菌株之一，具有广泛的碳源利用能力，同时能耐受高渗透压等优势，但该菌株在氮源利用方面严重依赖昂贵酵母粉成为限制其工业化生产的主要因素。如何降低丁二酸合成过程中碳氮源成本也是工业化生产中需要迫切解决的问题。本论文确立了一种化学合成培养基，应用该培养基解析了A.succinogenes NJ113利用廉价生物质的机制，将廉价生物质原料与发酵过程废弃细胞作为碳氮源，同时利用工业废气CO2，实现了丁二酸的高效合成。主要结论如下: 1.确立了一种化学合成培养基用于解析A.succinogenes NJ113利用廉价生物质的机制。培养基成分为CH3COONa1.36 g/L，NaCl1 g/L，MgCl20.2 g/L，CaCl20.2 g/L, Na2HPO40.31 g/L, NaH2PO41.6 g/L, K2HPO43 g/L, NH4HCO31.57 g/L，生物素(D-biotin)10 mg/L，烟酸(L-nicotinic acid)25 mg/L，谷氨酸(L-glutamicacid)0.87 g/L，蛋氨酸(L-methionine)0.11 g/L。结果表明:在合成培养基中添加50 g/L的葡萄糖，发酵70 h，丁二酸的浓度45.2 g/L，丁二酸产率达到90.4％。 2.以廉价生物质做为碳源发酵，解析菌株对其利用机制。 (1)制备玉米秸秆水解糖液，以其为碳源进行发酵。初始糖浓度为35 g/L:其中纤维二糖17 g/L、葡萄糖8g/L、阿拉伯糖6g/L、木糖4g/L，发酵33 h，丁二酸浓度为20.18 g/L，乙酸13.27 g/L，丁二酸产率64.99％，表明A.succinogenesNJ113有较强的利用纤维二糖的能力。将化学合成培养基用于分析A.succinogenes NJ113利用廉价生物质作为碳源的机制。利用还原性二糖——纤维二糖的性能方面，研究发现A.succinogenes NJ113具有很强的针对纤维二糖的PTS活力，而没有β-葡萄糖苷激酶和β-葡萄糖苷酶活力。因此，菌体不是直接通过激酶将纤维二糖磷酸化后进入代谢或者将纤维二糖分解为葡萄糖后再进行利用，而是通过PEP-PTS转运纤维二糖，进而进入代谢网络。 (2)制糖工业废弃物糖蜜的利用研究。菌株利用纯蔗糖采取单批补料分批发酵丁二酸产量达到60.5 g/L，产率为83％，相应的生产速率为2.2 g·L-1·h-1，利用甘蔗糖蜜作为底物发酵制备丁二酸，总糖65 g/L，发酵27 h，丁二酸产量达46.91 g/L，丁二酸产率为72.17％，生产强度为1.74 g·L-1·h-1，进一步证实了利用甘蔗糖蜜制备丁二酸的可行性;充分展现出A.succinogenes NJ113广泛利用碳源的能力。在针对非还原性二糖——蔗糖利用方面，A.succinogenes N J113完全利用蔗糖时，采用果糖PTS途径而非果糖激酶途径，并证明在A.succinogenes NJ113中果糖PTS代谢果糖。 3.以廉价生物质做为氮源发酵，解析菌株对其利用机制。 (1)考察发现A.succinogenes NJ113能够利用自身发酵过程的废弃细胞酶解液，通过添加生物素的方式在初始葡萄糖浓度为100 g/L的条件下，添加总氮(TN)含量为1.11 g/L的细胞酶解液时，在酶解液中添加5 mg/L生物素后，丁二酸产量增加到73 g/L，达到10 g/L酵母粉时发酵效果。在发酵实验中验证了细胞酶解液中添加5 mg/L生物素作为氮源的发酵效果，结果表明添加5 mg/L生物素的细胞酶解液不仅可以替代酵母膏用于发酵产丁二酸，而且丁二酸生产强度比使用10 g/L酵母粉提高了66.7％。将15 g/L玉米浆和1mg/L血晶素联合使用作为氮源，在50 g/L的初始葡萄糖浓度下，丁二酸产量可达37.9 g/L，产率达81.5％，丁二酸生产强度为0.75 g·L-1·h1。比单独使用15 g/L的玉米浆作为氮源，丁二酸产率和生产强度分别提高了25.0％和53.1％。 (2)阐述了A.succinogenes NJ113利用廉价氮源发酵添加关键因子生物素和血晶素的机制:生物素在A.succinogenes NJ113的厌氧呼吸链中起着重要的电子转移作用;血晶素作为电子载体可以提高生物体代谢过程中的还原力。该研究对于菌株更深入研究廉价氮源的利用机制有着深刻的影响，并进一步完善了野生型菌株A.succinogenes NJ113的代谢路径。 4.本论文最终确立了将糖蜜作为碳源、废弃细胞酶解液作为氮源，同时利用工业CO2混合气体合成丁二酸。并在发酵培养基中添加0.15 mol·L-1的固体碳酸盐NaHCO3发酵27h，总糖消耗完全，生成丁二酸51.6 g/L，丁二酸对总糖产率为79.4％，生产强度为1.91 g·L1·h-1，CO2固定速率为0.71 g·L-1·h-1，优于以葡萄糖作为碳源、昂贵酵母粉作为氮源时的发酵效果。本研究将廉价生物质原料与自身废弃细胞联用，实现了丁二酸制备过程中废弃资源高效利用的新工艺。