微生物细胞工厂是生产大宗化学品、生物燃料、天然产物的重要技术,其碳源选择是微生物制造工业发展的关键问题之一。甲醇基微生物细胞工厂能够以有机碳一甲醇为原料生产高附加值化合物,是解决糖基细胞工厂“与人争粮”和技术经济性的重要途径,因此研究甲醇基微生物细胞工厂构建及其发酵工艺具有重要意义。扭脱甲基杆菌AM1是能够以甲醇为唯一碳源和能源进行生长代谢的甲基模式菌株。本论文以AM1为宿主菌,以通过途径重构从甲醇合成甲羟戊酸为目标产物,为解决AM1发酵过程中溶氧不足导致难以实现高密度、影响甲羟戊酸产率的问题,通过在发酵过程中添加氧载体以及结合基因组途径工程表达透明颤菌血红蛋白的手段来解决溶氧限制问题,通过进一步将突变的QscR转录调控因子和mvt操纵子整合到pCM110质粒,构建了甲羟戊酸产量提升的工程菌株。进一步通过利用常压室温等离子体（ARTP）诱变结合实验室适应性进化,筛选得到了能够高耐受甲醇且能够稳定遗传的高产突变株。通过在摇瓶发酵过程中添加不同氧载体的策略,提高了扭脱甲基杆菌AM1的生长情况。当在扭脱甲基杆菌AM1发酵24h后,添加3%的十六烷时,扭脱甲基杆菌AM1的OD₆₀₀为12.56比不添加组提高19.9%。发酵120h,没有添加氧载体的对照组甲羟戊酸终产量143.7mg/L,添加十六烷组的培养体系甲羟戊酸终产量163.7 mg/L,添加十六烷使得甲羟戊酸产量提高了10%左右。通过基因工程在甲基菌AM1中整合vgb基因,也相应的提高了甲基菌AM1的生长能力。在pCM110质粒上表达带有甲醇脱氢酶启动子的vgb基因菌株AM1-Δcel/pCM110-P_maxF-vgb最高生长OD₆₀₀达到了19.84,而表达vgb天然启动子的菌株AM1-Δcel/pCM110-P_vhb-vgb最高生长OD₆₀₀达到了18.73。对照组AM1-dcel::mvt最高生长OD₆₀₀为10.06。在甲基菌基因组上表达vgb基因的两株菌AM1-Δcel::(P_maxF-vgb)和AM1-Δcel::(P_vhb-vgb)生长与对照菌株没有明显差别。同时,将QscR转录调控因子和mvt操纵子整合到pCM110质粒,在甲基菌AM1中的表达也提高了甲羟戊酸的产量。其在摇瓶中发酵144h的甲羟戊酸产量为387.65mg/L,是目前摇瓶产甲羟戊酸的最高产量。在5L罐甲醇流加补料中,AM1-Δcel/pCM110-P_maxF-vgb-mvt-qscr最高生长OD₆₀₀达到了38.56,是目前文献报道最高值,甲羟戊酸产量为1.03g/L。