由于全球能源不足和生态环境恶化,以可再生和廉价底物为原料生产生物基燃料和聚合物一直备受关注。丁二酸,又称琥珀酸,是一种基础平台化合物,具有很高的经济价值,可用于4-氨基丁酸、四氢呋喃、可降解生物聚合物聚丁二酸丁二醇酯（PBS）等化合物的合成。化学法合成丁二酸具有工艺繁琐、成本高、对环境污染严重等缺点,但微生物发酵法合成丁二酸以其成本低廉、对环境污染小、产物纯度高以及转化率高等优势日益受到青睐。本论文构建了大肠杆菌工程菌SD133、SD134、HD133和HD134,以葡萄糖为直接碳源摇瓶发酵48 h后,可分别产生15.22 g/L,16.30 g/L,15.90 g/L和17.46g/L丁二酸。结果表明,共表达CA和PEPC比单独表达CA的菌株可合成更多的丁二酸。与以葡萄糖为直接碳源相比,工程菌SD133,SD134,HD133和HD134在混合糖发酵培养基中摇瓶发酵48 h后,合成的丁二酸浓度提高至16.84 g/L,17.94g/L,17.42 g/L和19.32 g/L,分别增加了8.28%,10.06%,9.56%和10.65%,使用混合糖作为直接碳源促进了丁二酸的合成能力。研究以红薯渣水解液作为直接碳源合成丁二酸。与以葡萄糖为直接碳源相比,工程菌SD133,SD134,HD133和HD134,以红薯渣水解液为直接碳源摇瓶发酵48 h后,合成的丁二酸浓度提高至16.01 g/L,17.18 g/L,16.73 g/L和18.65 g/L,产量分别提高了5.19%,5.40%,5.22%和6.82%,同时发酵原料成本降低了77.08%,这证明构建的大肠杆菌工程菌可以高效地利用红薯渣水解液生产丁二酸。来自猪霍乱沙门菌C500厌氧诱导的nirB启动子(P_SnirB)第一次被用于丁二酸的合成。厌氧诱导的P_SnirB启动子可通过对厌氧环境的内源性响应诱导基因的表达,无需添加昂贵的外源诱导剂,可降低发酵成本,精简发酵操作。两步发酵策略包括细胞生长的需氧培养以及厌氧发酵,是近几十年来微生物发酵合成丁二酸的方法,这使得厌氧诱导的P_SnirB启动子成为替代在外源诱导剂作用下才能调控基因表达的诱导型启动子的一种可行选择。结果表明,以葡萄糖、混合糖或者红薯渣水解液为直接碳源时,与IPTG诱导的Trc启动子调控下的工程菌SD133和SD134相比,在厌氧诱导的P_SnirB启动子调控下的工程菌HD133和HD134可以获得更高浓度的丁二酸。如以红薯渣水解液为直接碳源摇瓶发酵48 h后,工程菌HD133和HD134可分别产生16.73 g/L和18.65 g/L的丁二酸,与SD133和SD134合成的16.01 g/L和17.18 g/L丁二酸相比,产量分别提高了4.50%和8.56%,且无需添加昂贵的外源诱导剂IPTG。与使用葡萄糖作为直接碳源以及IPTG作为诱导剂,使用红薯渣水解液以及厌氧诱导的P_SnirB启动子能降低81.36%的发酵成本;与使用葡萄糖作为直接碳源以及乳糖作为诱导剂,能降低77.78%的发酵成本。将红薯渣转化为微生物可利用的糖类可实现生物质的高值化利用,减少对环境的污染。使用厌氧诱导的P_SnirB启动子调控基因表达将是大规模工业生产的可行选择,也可应用于厌氧条件下其他工业产品的生物发酵。