黄烷-3-醇和二氢槲皮素为一类具有药用价值的黄酮类化合物,但目前从植物中提取的黄酮类化合物普遍存在提取率低的问题。近年来,微生物法合成黄酮类化合物因其成本低、易于工业化已体现出越来越多的优势。本研究旨在加强与黄烷-3-醇、二氢槲皮素生物合成相关的关键代谢过程。选用一株柚皮素从头合成的酿酒酵母工程菌株E32作为出发菌株,通过引入外源基因并进行代谢调控,可实现2种主要的黄烷-3-醇类物质的从头合成,并对其进行代谢调控和发酵培养条件的优化,使得黄烷-3-醇的产量进一步得到提升。另外,中间产物二氢槲皮素也是一种极具价值的黄酮类化合物,且其较低的产量也限制了下游代谢产物儿茶素的生成。因此,以柚皮素为底物进行生物合成二氢槲皮素的代谢调控也在本研究中进行了探讨,本研究的方法可用于多种微生物高效生产黄酮类化合物。具体研究内容如下:1)构建了2株分别从头合成阿福豆素和儿茶素的菌株。以一株柚皮素从头合成工程菌株为基础,引入类黄酮3-羟化酶、类黄酮3’-羟化酶、二氢类黄酮醇4-还原酶（DFR）和无色花青素还原酶（LAR）,实现了阿福豆素和儿茶素在酿酒酵母中的从头合成。筛选了不同植物来源的DFR和LAR,结果表明来自于草莓（Fragaria x ananassa）的Fa DFR和来自于葡萄（Vitis vinifera）的Vv LAR组合为最佳。DFR和LAR之间的连接肽（GGGGS）2和（EAAAK）2分别被证明是生产阿福豆素和儿茶素的最佳连接肽。通过启动子的优化和NADPH供给的增加,进一步提高了阿福豆素和儿茶素的产量。2)在发酵罐上对从头合成阿福豆素和儿茶素的酵母菌株分别进行培养条件的优化。添加10 g·L-1碳酸钙以维持培养基的p H,同时钙离子的存在可能作为代谢途径某些酶的辅因子参与反应,使胞内碳和能量的通量得到重新定向;补料培养基中不添加蛋白胨以降低成本,优化阿福豆素与儿茶素生产菌株的溶氧水平,结果表明,阿福豆素生产菌株仍维持在10%低溶氧水平有利于菌株生产目标化合物,儿茶素生产菌株维持在30%溶氧水平有利于目标产物的积累。在5-L罐上发酵培养90 h后实现500.5 mg·L-1阿福豆素和321.3 mg·L-1儿茶素的产生。3)对柚皮素到二氢槲皮素生物合成途径进行代谢调控。通过在酿酒酵母的Ty2多拷贝位点整合来自水飞蓟（Silybum marianum）的类黄酮3-羟化酶（flavonoid 3-hydroxylase,F3H）、类黄酮3’-羟化酶（flavonoid 3’-hydroxylase,F3’H）、细胞色素P450还原酶（cytochrome P450 reductase,CPR）,实现了柚皮素(500 mg·L-1)到二氢槲皮素(254 mg·L-1)的合成。又通过扩大内质网膜的面积使得膜结合P450酶更多地附着于内质网膜上,二氢槲皮素产量进一步提升,在添加1 g·L-1柚皮素底物时,可产生609 mg·L-1二氢槲皮素。为了解决中间产物圣草酚积累量过多的问题,本研究优化了F3H的表达,并改造TCA循环以实现二氢槲皮素的生产与生长相偶联,但是效果并不明显。最后,在5-L罐上进行发酵验证,在添加5 g·L-1柚皮素作为底物时,发酵78 h二氢槲皮素产量最高,达到2.7 g·L-1。