富马酸是一种重要的大宗化学品，广泛应用于化工、医药、食品等领域。近年来，随着石化资源的不断枯竭和消耗，人类所面临的资源、环境危机日益加剧，以生物质可再生资源替代不可再生的化石资源，以环境友好的生物合成路线替代传统化学合成路线，进行富马酸的生产愈来愈受到人们的广泛关注。　　米根霉被认为是富马酸的最佳生产菌种，但其不能耐受较高的底物浓度和较低的pH环境。发酵过程往往采用较低的底物浓度，并添加中和剂以过程pH，致使富马酸终浓度较低，后续分离提取成本高，环境负担重。围绕上述米根霉发酵产富马酸过程所遇到的基本问题，本文拟从胞内外环境及物质代谢角度出发，对米根霉在高糖、低酸环境下的响应机理进行探讨，在此基础上，通过外源添加等调控手段，提高米根霉对高糖、低酸的耐受性。本论文主要工作如下:　　(1)高糖发酵是提高产物浓度的常用方法，但天然菌株不能耐受高的糖浓度。为了解析高糖环境对菌株生理代谢的影响，本研究以实验室前期驯化获得的耐高糖菌株和原始菌株为对象，研究了不同糖浓度对二者生理特性的影响。发现与原始菌株相比，耐高糖菌株细胞膜不饱和脂肪酸的含量、胞内ATP含量较高，且表现出更强的抗氰呼吸特性。在此基础上，尝试通过调节C/N比或添加甘氨酸的方式补足原始菌株的代谢不足。发现在150g/L糖浓度条件下，调节C/N比为500时，原始菌株富马酸产量可由37.4g/L增加至40.2g/L。而添加0.5g/L甘氨酸，原始菌株富马酸产量可以增加至43.8g/L，提高了17.1％。　　(2)为了实现低pH下富马酸的发酵生产，对米根霉酸胁迫条件下细胞生理代谢发生的变化进行研究。发现pH3.0的条件下胞内ATP水平明显低于pH4.0条件。进一步对胞内pH的测定发现pH3.0条件下胞内pH低于pH4.0条件，原因可能是有机酸从胞内运输至胞外需要能量的参与，而pH3.0条件下胞内ATP能量水平的降低使得富马酸不能及时被运输出胞外，导致胞内pH的降低。对两种pH条件下细胞膜脂肪酸组分进行了测定，发现随着pH值的降低，不饱和脂肪酸含量及不饱和与饱和脂肪酸的比例逐渐上升。膜脂肪酸比例的改变使得膜通透性降低，使得胞内富马酸难于被运输处胞外。基于这一认识，在pH3.0发酵条件下，添加了能源辅助底物柠檬酸(1g/L)，以期补充胞内能量，增强胞内ATP水平，修复细胞代谢损伤，维持胞内外pH梯度的稳定。结果表明添加1g/L柠檬酸盐后，pH3.0条件下，胞内ATP水平由0.39umol/mg增加至0.68umol/mg，而富马酸产量由13.41g/L增加到21.92g/L，高于已有关于低pH发酵产富马酸的报道的最高水平。　　(3)通过代谢轮廓分析，对不同pH条件下米根霉发酵富马酸过程中胞内代谢物变化规律进行解析。利用气相色谱-质谱联用仪一共检测出61种胞内代谢物，主成分分析(PCA)表明pH的不同米根霉胞内代谢也存在明显差异，进一步结合米根霉代谢网络深层次分析发现，低pH条件下，米根霉胞内副产物及多元糖醇类增加，游离氨基酸含量增加，细胞膜不饱和脂肪酸含量增加，而有机酸含量减少。这些发现从代谢水平解释了低pH条件对米根霉产酸性能与生理胞内的生理代谢的关系，深入理解了对pH条件下米根霉的生理代谢特征。