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β-胡萝卜素是类胡萝卜素家族中的典型代表，具有极强的淬灭单线态氧和清除自由基的能力，在食品、医药、化妆品等领域有广阔的应用前景。大肠杆菌作为常用宿主菌具有遗传背景清晰，容易培养、生物量大等优势，可用来生产β-胡萝卜素。 本研究在大肠杆菌染色体上，引入外源β-胡萝卜素合成基因，使用不同强度的人工调控元件对大肠杆菌自身的MEP途径、巾央代谢途径进行优化，并且加强了胡萝卜素合成基因的表达强度，获得了可以高产β-胡萝卜素的工程菌。 首先，文中使用一步同源重组的方法对MEP途径基因的表达进行修饰。使用6种强度差异很大的人工调控元件，对萜类合成途径的8个基因进行调控，使β-胡萝卜素产量提高了1.2～3.5倍。对于不同的基因，其最适的调控元件强度各不相同。研究发现用适当强度的调控元件对dxr、ispG和ispH基因进行调控后，也能提高β-胡萝卜素的生产。为了克服质粒的不稳定性，本文将来源于成团泛菌的β-胡萝卜素合成基因操纵子引入大肠杆菌ATCC8739染色体中。根据MG1655的发酵结果，使用两步同源重组的方法对MEP途径的dxs、idi基因进行表达调控，使得β-胡萝卜素的产量提高了3.5倍。在此基础上对crt操纵子进行改造，使得产量再次提高了3.4倍。 ATP和NADPH对于萜类物质的合成是两个重要的辅因子。为了提高ATP和NADPH供给，文中对ATP合成、磷酸戊糖途径以及TCA循环三个中央代谢模块进行改造。研究发现，ATP合成酶基因(atp)的过表达，使得β-胡萝卜素产量提高了20％;磷酸戊糖途径中转醛酶基因（talB）过表达，可以使β-胡萝卜产量提高了17％;TCA循环中α-酮戊二酸脱氢酶基因（sucAB)的表达调控可以使β-胡萝卜素产量提高了39％。TCA循环改造效果最好的原因可能是提高TCA循环的代谢速率可以同时提高ATP的合成速率和NADPH的生产速率。另外，本研究分别对TCA循环和磷酸戊糖途径，TCA循环和ATP合成进行组合调控，发现前者对β-胡萝卜素的生产有协同的作用，后者没有。最终得到产量最高的菌株CAR005，相较于对照菌，β-胡萝卜素产量提高了64％。 总结，通过组合调控MEP途径、β-胡萝卜素合成途径和中央代谢途径，本研究得到了一株遗传稳定的大肠杆菌工程菌，相对于野生菌，β-胡萝卜素产量提高了74倍，产量达到2.1g/L，60mg/gDCW。迄今为上，这是在大肠杆菌中运用代谢工程手段获得的β-胡萝卜素产量和含量最高的工程菌。