如何进一步提高离子束辐照育种技术的选育效率，一直是育种专家们共同关心的话题。本文以产生CoQ10根癌土壤杆菌Agrobacterium tumefaciens ATCC4452为材料，对代谢通量分析辅助离子束定向修饰育种技术进行了初步探索，在获得具有潜在工业价值的CoQ10生产菌株的同时，为离子束辐照微生物高通量筛选系统建立奠定一定的理论基础和积累一些有益的科学实践经验。主要研究结果如下：　　 ⑴对产物性质进行鉴定的基础上，对液体培养的ATCC4452细胞生物反应动力学特性进行了研究；并采用Logistic模型，Luedeking-Piret方程及底物消耗的质量平衡方程，对ATCC4452培养过程中细胞生长、CoQ10形成和底物消耗的动力进行了很好的描述。经分析：(1)在液体分批培养中，细胞的生长存在饱和浓度，在对数生长结束前细胞的生长和底物消耗呈负相关，随着细胞进入稳定期后还有相当部分底物被继续消耗，这部分底物主要用于细胞维持；(2)产物形成与细胞生长呈半偶联关系，即产物的形成过程从细胞开始生长时开始，到细胞进入稳定期后继续合成；(3)通过培养工艺和条件优化实现细胞高密度培养，以及CoQ10生物合成途径的适当修饰提高产物对细胞的得率系数是获取CoQ10大量积累的有效途径。　　 ⑵基于细胞动力学研究结果并结合菌种细胞学特性，对ATCC4452的培养条件和培养工艺进行了合理设计与优化。通过单因素和均匀实验设计最终确定了以糖密3.0％(以糖含量计)，(NH4)2SO41％，KH2PO40.075％，K2HPO40.52％，MgSO40.025％，玉米浆5.6％，微量元素母液1mi/L，CaCO32％为发酵培养基，以pH7.0～7.2，25ml/500ml装液量，5～10％接种量，250rpm，30±1℃为培养条件，24h和48h两次补料分批发酵的培养策略。在优化后的培养条件及工艺下ATCC4452经96小时培养后生物量可达30g/L以上，CoQ10产量稳定维持在80±10mg/L，同优化前的基本液体培养基培养相比其生物量提高了近3倍，CoQ10产量提高了4倍还多。　　 ⑶对ATCC4452实施了代谢通量分析辅助离子束定向修饰CoQ10生物合成途径的育种尝试。首先，在合成ATCC4452目标产物代谢途径基础上构建了其胞内主要代谢网络，并结合化学计量学模型和质量平衡原理，以准稳态假设为基础分析了ATCC4452在三种不同操作条件下的通量分配及变化情况；然后通过比较分析识别出CoQ10生物合成途径中的关键点、关键流、关键库，并以10keV，1.3×1015ions/cm2～3.12×1015ions/cm2的氮离子，辅之UV及NTG相结合的办法对这些关键环节实施“扩库增流”的遗传修饰；最后采用针对上述关键环节为选育指标的“过程筛选”和针对目标产物为选育指标的“目标筛选”相结合的“混合筛选模型”拣出关键环节经修饰的有义变异株。在该育种策略和筛选模型的指导下，经数轮遗传修饰后较为快速地筛选到两株产量较高的变异株，一株为CPM1237503，其产量为405.34mg/L，另一株为DPM32324，其产量为356.54mg/L。　　 ⑷从筛选效率及筛选结果两个角度出发对上述基于MFA的筛选系统进行了初步评估。从遗传修饰实验和定向选育过程及变异株特性研究结果分析来看，基于MFA的筛选系统具有较好的目的性和可控性，其遗传修饰效率高于一般随机选育模型，为一个较合理和高效的遗传修饰和定向选育系统。另外根据本研究工作的初步尝试，对代谢工程原理和方法同离子束育种技术相互融合或渗透进行了肤浅探讨；相信两者间的融合或渗透，不仅可为离子束育种技术注入新的活力，为离子束辐照的高通量筛选技术的建立提供有益的帮助；同时也将为代谢工程增添新的研究工具和操作手段。