有机酸发酵生产过程中因产物积累形成的酸胁迫环境是导致大肠杆菌细胞活性和生产强度降低的主要因素。构建酸耐受型有机酸生产菌将有效缓解成本过高、染菌倒罐等问题。解析胁迫响应机制对提高细胞酸耐受性至关重要,但目前尚缺乏细胞有机酸耐受机制的系统性和全局性分析。本研究以大肠杆菌（Escherichia coli MG1655）为出发菌株,在多种有机酸胁迫环境中进行多轮次适应性进化,筛选得到酸胁迫抗性明显提升的进化菌株。通过转录组学分析了出发菌株和进化菌株在不同有机酸胁迫前后的共同差异表达基因,初步解析了大肠杆菌以细胞膜为核心的酸胁迫耐受机制。鉴定得到一批作用显著的细胞膜相关抗酸元器件,并根据基因相关性分析通过抗酸元器件模块化组装提升了大肠杆菌的有机酸耐受性。借助酸诱导型启动子构建了乳酸耐受型生产菌株,在维持乳酸最大生产强度的前提下减少中和剂用量。论文的主要研究结果如下:（1）以E.coli MG1655为出发菌株通过实验室条件下的自适应进化在多种有机酸胁迫环境中筛选到两株耐酸性明显提升的进化菌株。D-乳酸进化菌株E.coli DLA3在亚适宜环境下的最大生物量和比生长速率分别提高50.5%和95.2%,致死胁迫下存活率提高了249.1倍。衣康酸进化菌株E.coli IA3在亚适宜环境下最大生物量和比生长速率分别提高了31.3%和130.0%,致死胁迫下存活率提高4639.1倍。进化菌株均维持了更高的胞内p H值和氨基酸浓度;（2）通过转录组学技术探究出发菌株和进化菌株在不同酸胁迫处理前后的共同差异表达基因,系统性解析大肠杆菌以细胞膜为核心的各功能模块协同合作以应对不同有机酸胁迫的共性转录响应机制。外膜传感因子（bam D,bam E,nlp E）感知酸环境胁迫信号;糖物质特定内向跨膜运输途径（gat A,tre B,ots A等）和ABC转运蛋白（opp B,opp C,nik A等）为细胞在酸性环境中存活积累能量;脂肪酸合成途径（acc D,fad D,fad E等）和肽聚糖合成途径（pbp C,mrc B）调节细胞膜的渗透性,减缓有机酸输入;双精氨酸转位分泌系统（tat C,hyp A,hyp B等）,嘧啶代谢途径（pyr B,pyr D,pyr F等）及聚酮糖单元代谢途径（rff G,rff H）强化更完整的细胞膜结构;（3）基于有机酸胁迫耐受机制解析,研究强化细胞膜相关抗酸元器件在保护细胞抵御酸胁迫环境的作用效果。半乳糖醇转运因子Gat A和d TDP-葡萄糖脱水酶Rff G显著提高细胞在D-乳酸胁迫下存活率101.8和4509.6倍。基于基因间相关性对明确具有抗酸作用效果的元器件提出模块化串联组装方案。氢化酶辅助蛋白Hyp B-Hyp C显著提高菌株在酸胁迫下的存活率343.8倍,是单因素元器件Hyp B表达的25.9倍;（4）基于抗酸效果显著的抗酸元器件,构建酸耐受型大肠杆菌D-乳酸生产菌株。在最适两阶段发酵模式下,监测过表达Gat A和Hyp B-Hyp C平衡生产菌株对D-乳酸的合成效率和耐受性,所构菌株LBBE317PGA和LBBE317PH在发酵环境降至p H 5.5时仍可高效积累D-乳酸至14.8和20.3 g·L-1,分别提高55.7%和113.6%。通过筛选得到高强度和低强度酸诱导型启动子tdc Ap和usp Cp9,构建酸耐受性遗传回路,D-乳酸产量分别提升至27.9和25.2 g·L-1。将产酸阶段环境pH回调至6.3时,D-乳酸耐受型生产菌株的产量达52.1 g·L-1,与原生产菌株在发酵环境p H 7.0时最大生产强度相近,氨水使用量节省26.7%。