L-苏氨酸参与蛋白质合成以及生命代谢活动,广泛应用于食品、饲料医药等领域。目前,工业化生产L-苏氨酸是以大肠杆菌等微生物进行直接发酵,具有成本低、生产强度高的特点。为了阐明大肠杆菌中L-苏氨酸合成途径中的关键代谢特征,以便对菌株进行代谢调控或代谢工程改造,本研究围绕一株L-苏氨酸高产菌,在培养基和发酵条件优化、代谢途径分析方面开展研究,研究结果如下:（1）考察了培养基配方和发酵条件对L-苏氨酸合成的影响。对培养基进行了碳氮源筛选,其他营养因素的单因素试验,Plackett-Burman（PB）实验,筛选出甜菜碱盐酸盐和磷酸两个显著性因子。在20%的装液量、37℃、p H为7.0、接种OD600值为0.5、接种量为1%条件下,摇瓶分批发酵产量为0.7 g·L-1。在5L发酵罐上对磷酸盐进行分批补料培养,在添加浓度为9.8 g·L-1磷酸时L-苏氨酸产量为71 g·L-1。（2）针对磷酸盐对大肠杆菌产L-苏氨酸的影响,进行了代谢流分析和代谢控制分析。基于流量平衡原则构建了L-苏氨酸代谢网络图,估算出不同磷酸盐浓度下代谢通量,并对关键节点葡萄糖-6-磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸、α-酮戊二酸三个节点进行了代谢流分析。采用基于主成分分析的代谢控制分析得到磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(CCPPEPC=0.058)、丙酮酸激酶(CCPPK=0.068)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(CCPG6PD=0.11)、果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(CCPFBA=-0.00523)、苹果酸脱氢酶(CCPMDH=0.048)、己糖激酶(CCPHD=0.05)的控制系数,阐明了几种酶对L-苏氨酸代谢通量的影响和贡献。（3）在代谢物水平上,进行了基于代谢组学技术的差异代谢途径分析和关键潜在生物标志物的筛选。对实验菌YQ001和对照菌W3110进行GC-MS分析。结果表明试验菌中的副产物氨基酸浓度相对较低,L-苏氨酸产量相对较高。主成分分析表明两株菌在代谢水平上存在显著差异。基于差异代谢物得分标记图,筛选获得了三个主要潜在生物标记物,肌醇、谷氨酸和柠檬酸。（4）基于代谢流分析、代谢控制分析和代谢组学分析结果,对某些关键途径、关键酶和生物标志物进行代谢调控。结果表明添加甘氨酸、硫酸锰、硝酸钠等均有助于L-苏氨酸产量提升,尤其是添加肌醇(0.1 g·L-1)、谷氨酸钠(5 g·L-1)时L-苏氨酸产量比对照提高1.86-4.9倍。在分批补料发酵过程中,以优化后的培养基配方进行发酵,L-苏氨酸产量达到77 g·L-1,相比于利用优化前的发酵培养基L-苏氨酸的产量提高了10%。