代谢组学作为系统生物学的重要组成部分，能够对生物体系内的代谢物进行较为全面地分析。通过分析细胞或组织在特定的生长阶段或整个生长周期中产生的内源性代谢物，代谢组学可以提供重要的信息来帮助人们了解相关代谢通路的变化。因代谢组学是研究细胞生理特性和代谢状态的强有力的工具，微生物代谢组学这一新兴的领域在近几年里得到了越来越广泛的关注。　　花生四烯酸（5，8，11，14-顺-二十碳四烯酸，20:4，ARA）因其独特的生物学特性，被广泛应用于食品、医药、化妆品等领域。高山被孢霉（Mortierella alpina）是发酵产ARA的工业生产菌株，然而对基因背景的认识有限使我们不能有效地对其高效地进行传统的基因改造。利用代谢组学技术可以从代谢组这一微观层面解析微生物的宏观表型，帮助我们了解微生物的代谢特性，并进一步指导我们合理地改造菌株和进行发酵调控。本论文利用代谢组学的研究方法对生产菌种和发酵过程控制中菌体的代谢特性进行研究，以期对M.alpina合成ARA的代谢机制以及应对环境变化的响应机制有更深入的认知。具体内容如下:　　比较ARA高产菌株M.alpina ME-1、低产菌株M.alpina R6的发酵特性。结合代谢产物快速采集技术、GC/MS分析平台和生物信息学技术，比较并解析获得的两株菌株的代谢组信息，并深入挖掘生物信息，通过高、低产菌株在相同培养环境下代谢组数据纵向对比，发现两株菌株胞内代谢轮廓存在显著差异，低产菌株代谢物种类远多于高产菌株，说明低产菌株的合成代谢途径远比高产菌株复杂，进一步推断出高产菌株表现出的高生物量积累和高目标产物积累的表现型特性是由于其胞内代谢途径的简单匮乏所致。而低产菌株代谢产物丰富，在其它代谢途径多，代谢通量不能集中于生物生长和脂肪酸合成代谢相关途径，从而导致生物量积累有限和油脂产量较低。对于工业微生物育种的启示而言，相对较高的底物利用能力与较少的代谢物种类的代谢特性可以作为筛选高产菌株的参考标准。同时可以考虑将赖氨酸作为高山被胞霉菌种选育的关键代谢物。　　进一步比较诱变高产菌株M.alpina R807与其原始菌株M.alpina ME-1的发酵特性，结合M.alpina胞内代谢物的变化特征，进而对M.alpina诱变菌株发酵ARA性能与细胞代谢的关系进行解析。比较发现高产诱变菌株比原始菌的TCA循环和EMP途径具有更高的代谢活力，说明诱变菌株胞内NADH和ATP代谢水平高于原始菌株。特别地，苹果酸和4-氨基丁酸(GABA)代谢水平分别是原始菌株的25.3和2.13倍，这种提高可能有助于提高胞内NADPH的供给能力，并能帮助维持胞内氧化还原平衡。在脂肪酸代谢中，诱变菌株R807的不饱和脂肪酸占总脂肪酸的比率要高于原始菌株，这说明R807胞内细胞膜代谢更活跃，这种变化可能有助于菌体适应环境变化，同时可能促进ARA油脂在细胞膜上的合成。同时，诱变菌株代谢物种类较不丰富这一情况证明了高产菌株具有相对较少的代谢物种类这一推论。　　对不同供氧条件下的M.alpina R807代谢轮廓进行分析，针对M.alpina相同菌株在不同培养环境下的代谢组数据的横向对比。将筛选出来的关键代谢物回归相关的代谢通路，将代谢物含量变化结合其生理功能进行分析，从而揭示M.alpina通过降低自身代谢活力或激活旁路代谢来应对发酵体系溶氧不佳的情况;通过积累多元醇来调节渗透压和ARA合成过程中氧化还原平衡;通过改变信号传导相关物质的代谢水平，激活重要的代谢通路来抵御氧化胁迫和应对环境变化，从而保证正常的菌体生长和油脂积累。　　本研究对不同ARA生成能力的菌株在相同培养环境下代谢组数据进行纵向对比，和高产菌株在不同培养环境下的代谢组数据的横向对比，找到对油脂积累和细胞抵御环境变化相关的关键代谢物，结合代谢通路，分析这些代谢物在细胞生长和ARA合成中的作用，了解整个发酵过程中菌体的代谢特征以及菌体对溶氧这一发酵环境变化的响应机制。为进一步的改造菌株和发酵过程调控指明了方向和提供了调控位点。同时研究可以为其它类似产油微生物的多不饱和脂肪酸高积累提供参考。