为了满足全球日益增长的能源需求,减少对环境的负面影响,寻找传统化石燃料的替代品显得尤为重要。以高级醇为代表的生物燃料作为传统汽油、柴油的潜在替代品越来越被人们关注。异丁醇作为高级醇中的代表,是一种C4醇,常用于汽油的调和及橡胶的合成。异丁醇与乙醇以及其他醇类相比,有较低的蒸气压与吸湿性和较高的能量密度,其辛烷值也高于一般燃料,这些特性使得异丁醇成为极具发展潜力的一种生物燃料。目前利用重组大肠杆菌生产异丁醇最常用的碳源是葡萄糖,而乙酸作为市面上最常见的一种挥发性脂肪酸,与葡萄糖相比成本更低,且在大肠杆菌体内存在清晰的代谢途径,因而乙酸具备替代葡萄糖成为大肠杆菌廉价碳源的潜力。为了利用乙酸作为唯一碳源合成异丁醇,本论文对野生型大肠杆菌BW25113进行了系统的代谢工程改造。首先对竞争性支路进行阻断,依次敲除了乳酸脱氢酶Ldh A、丙酮酸脱氢酶PoxB、乙醇脱氢酶AdhE以及丙酮酸-甲酸裂解酶PflB,得到菌株BWΔPPAL。之后,为了提高大肠杆菌异丁醇合成途径关键酶的表达水平,利用共存质粒pTrc99a和pCL1920过量表达了2-酮酸脱羧酶Kivd、乙醇脱氢酶AdhA、乙酰乳酸异构还原酶IlvC、二羟基酸脱水酶IlvD、乙酰乳酸合成酶AlsS、丙酮酸黄素氧还蛋白氧化还原酶Pfo、乙酰辅酶A合成酶Acs、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶PckA、苹果酸脱氢酶Mae B、NAD激酶Yfj B以及转氢酶PntAB,并通过不同的基因组合,构建了四个重组质粒。将四个重组质粒分别组合转化到BWΔPPAL菌株中,得到WY001、NH001、WY002和NH002菌株。经过48 h分批发酵,四株重组菌株均能以乙酸钠为唯一碳源合成异丁醇,其中WY002菌株的异丁醇积累量最高,达到137 mg/L。经过分批发酵和乙酸钠添加浓度的优化,WY002菌株在50 mM乙酸钠浓度条件下,可产生157 mg/L的异丁醇,由此成功实现了重组大肠杆菌利用乙酸做为唯一碳源生产异丁醇。除了异丁醇,我们还利用重组大肠杆菌以乙酸为唯一碳源合成了重要的生物基化合物琥珀酸。通过在野生型大肠杆菌MG1655中敲除sdhAB编码的琥珀酸脱氢酶、iclR编码的异柠檬酸裂解酶调节因子、maeB编码的苹果酸脱氢酶,同时过量表达acs编码乙酰辅酶A合成酶、gltA编码柠檬酸合成酶、acnB编码乌头酸水合酶,得到了重组大肠杆菌WCY-7。该菌株能够利用50 mM乙酸钠积累11.23 mM的琥珀酸。在野生型大肠杆菌体内,葡萄糖的转运和磷酸化主要由磷酸烯醇式丙酮酸:糖磷酸转移酶系统(PTS^Glc)完成。因此,PTS^Glc常被选为提高细胞内磷酸烯醇式丙酮酸水平的改造靶点。本论文针对低葡萄糖浓度条件对PTS^Glc突变菌株的生长、葡萄糖消耗以及乙酸积累的影响进行了系统的研究,并发现与野生型菌株相比,大多数突变体的生物量未受影响,但葡萄糖的消耗速率显著降低,并分泌少量的乙酸。但是含有ptsI缺失的菌株MG1655I的生长、葡萄糖消耗与乙酸分泌均受到了显著影响。因此,不同PTS^Glc的缺失突变株以5 g/L葡萄糖作为底物的发酵表现与在20 g/L葡萄糖条件下明显不同。该结果是对大肠杆菌PTS^Glc系统知识的有效补充。