类胡萝卜素（Carotenoids）是一类具有良好生理活性以及营养功能的天然的脂溶性色素。大肠杆菌遗传背景清晰,遗传操作简单,易于培养,是生产类胡萝卜素的常用模式菌株。本研究以具有一定β-胡萝卜素和番茄红素生产能力的大肠杆菌底盘细胞为研究对象,通过提升细胞膜含量以及构建外排系统,优化类胡萝卜素的储存与转运能力,最终达到提高产物积累水平的目的。主要研究结果如下:1.提升细胞膜含量,增强类胡萝卜素储存。首先,通过脂糖基转移酶Almgs基因的过表达,促使大肠杆菌细胞膜形态发生改变,形成了更多的细胞膜类似物,导致突变体细胞的β-胡萝卜素产量较出发菌株CAR015提高了 28.3%。对Almgs基因的转录强度进行调控发现,中等表达强度的启动子M1-37能够提升Almgs的功能,结果调控后突变体的β-胡萝卜素产量较出发菌株显著提高50%以上。其次,通过在出发菌株CAR015中过表达两种酰基转移酶（PlsB与PlsC）基因,强化其细胞膜磷脂合成能力后发现,改造后细胞的β-胡萝卜素产量较对照提高43.8%。最后,通过叠加上述两种改造策略,改造菌株CAR015-37Almgs（pPlsBC）的单位细胞β-胡萝卜素产量可达到19.6 mg/g DCW,为出发菌株产量的2.9倍。透射电镜观察亚细胞形态以及细胞膜组分分析表明,β-胡萝卜素主要储存场所为细胞膜。将上述细胞膜改造策略拓展到β-胡萝卜素高产菌CAR025上表明,这样的细胞膜改造策略同样可以显著提升β-胡萝卜素的产量,单位细胞产量由31.8 mg/g DCW增至44.2 mg/g DCW,提高约39%。2.构建外排系统提升类胡萝卜素的转运能力。敲除tolA,tolR以及nlpI等与大肠杆菌外膜结构相关的基因,可显著提升外膜囊泡的分泌能力并提高外排部分的β-胡萝卜素的产量。通过对tolA,tolR以及nlpI基因进行两两组合敲除,发现△tolA△nlpI或△tolR△nlpI双敲除组合可以显著叠加外膜囊泡的释放效应。进一步的,对细胞膜合成模块与外排系统进行组合改造,同时使细胞膜磷脂上游合成模块AccABCD与PlsBC共表达,结果使菌株TW-012与菌株TW-013外膜囊泡的数量增加,外排部分的β-胡萝卜素产量相比对照菌株显著提升,分别是对照菌株的48倍和71.5倍。最后,将上述外膜改造策略拓展到高产菌株CAR025上表明,该策略同样可以改善菌株的外排能力。菌株TW-015外排部分的β-胡萝卜产量是对照菌株的约24倍。3.细胞膜策略在其他萜类化合物生产中的应用。与对照菌株LYC101相比,经过细胞膜改造后的菌株LYC101-37Almgs（pPlsBC）的单位细胞的番茄红素含量是出发菌株的1.32倍,表明大肠杆菌细胞膜改造策略同样适用于提高细胞膜储存番茄红素的能力,证实该策略在萜类化合物中具有一定的普适性。本研究证实,通过提升细胞膜含量以及构建外排系统可有效改进类胡萝卜素储存与转运能力,这为今后利用大肠杆菌生产类胡萝卜素及其它萜类化合物提供了新的改造模式和生产思路。