尼莫菌素是一种属于米尔贝霉素类的十六元大环内酯类抗生素，以其为基础衍生可得到广泛商业化的农用驱虫类抗生素莫西菌素。莫西菌素在抗寄生虫方面具有用量少、作用强烈，并且对人畜安全、不易产生抗药性等优点，是迄今为止发现的最具前途的广谱、抗虫、无交叉感染的高效生物杀虫剂之一。然而在国内该类产品的科学研究尚处在起步阶段，因此市场潜力十分广大。本课题以尼莫菌素生产菌蓝灰色链霉菌的高通量菌株筛选与发酵培养基优化、供氧和剪切定量分析及基于生理代谢参数的过程反馈补料控制为突破点，采用多尺度参数相关分析方法对尼莫菌素的发酵过程进行了系统优化，并通过转录组结合代谢物组分析方法对补加硫酸铵工艺下蓝灰色链霉菌尼莫菌素高产机理进行了探索。　　首先，以体积氧传递系数KLa和尼莫菌素产量为考察对象，建立了基于24深孔板的高通量培养方法，并根据发酵过程中发酵液色素生成与尼莫菌素产量积累间的正相关关系，建立了基于酶标仪的产物高通量检测方法。接着通过常温常压等离子体诱变育种技术，筛选获得遗传性状稳定的尼莫菌素高产菌株H-1;以高产菌株H-1为研究对象，优化了发酵培养基中氮源种类及比例，并利用Plackett-Burman设计考察了发酵培养基组分对代谢的影响，筛选出影响尼莫菌素产量四个最关键因素:麦芽糊精、棉籽饼粉、硫酸镁与钼酸钠。随后通过单因素优化实验和中心组合实验对发酵培养基中的关键成分含量进行优化，最终尼莫菌素的产量达1109.4μg/ml，与出发菌株相比，产量提高了78.6％。　　其次，系统研究了蓝灰色链霉菌在摇瓶以及5L发酵罐培养过程中溶氧浓度与剪切对菌体生长和尼莫菌素合成的影响。实验结果表明，氧限制不利于尼莫菌素的生物合成，但当生长期溶氧水平控制在25％以上时，溶氧水平便不会成为尼莫菌素合成的限制性因素。另外，通过CFD模拟计算与发酵过程中菌体生理代谢参数的关联分析，研究了不同搅拌系统下的KLa和剪切力对细胞生长和尼莫菌素合成的影响。结果表明，大斜向下四叶桨与六平叶桨的组合比传统两个六平叶桨组合产生的剪切力更小，具有更好的物料混合效果，这不仅有利于蓝灰色链霉菌菌体的生长，更有利于尼莫菌素的合成。在保证溶氧浓度的前提下，采用新搅拌桨组合在5L罐上进行蓝灰色链霉菌的发酵培养，尼莫菌素的发酵效价可达到1372.9μg/ml，比传统桨型组合提高了23.6％。　　再次，通过对蓝灰色链霉菌发酵过程中离、在线生理代谢参数及菌体形态特性等变量的多参数关联分析，发现培养过程前期铵浓度限制和中后期葡萄糖浓度限制是导致发酵过程菌体生理代谢活力下降的关键因素。在此基础上研究了葡萄糖浓度控制水平、铵离子补加量和补加时机等对尼莫菌素发酵过程的影响，建立了基于在线参数OUR指导的硫酸铵补加与葡萄糖流加反馈控制新工艺，将尼莫菌素5L罐发酵效价提升到2805.1μg/ml，比原始工艺条件下的产量提高了129.1％。在此基础上，以生理代谢参数OUR为在线反馈控制参数，成功将蓝灰色链霉菌的补料策略从5L罐放大到500L中试罐，发酵结束时尼莫菌素的最高产量达到2867.5μg/ml。　　在优化所建立的基于合成培养基的发酵工艺基础上，结合转录组与代谢物组分析，深入研究了铵离子影响蓝灰色链霉菌发酵生产尼莫菌素的机理。转录组数据表明，尼莫菌素合成基因簇上负责尼莫菌素合成的基因、尼莫菌素正调控转录因子编码基因在补铵后的表达量都有显著提高;转录组结合代谢物组数据分析揭示补铵条件下:(1)转录因子GlnR表达量降低，铵离子主要在谷氨酸脱氢酶催化下与α-酮戊二酸反应形成谷氨酸，为菌体提供氮源;(2)尼莫菌素生物合成前体异丁酰CoA、丙酰CoA、丙二酰CoA和甲基丙二酰CoA等辅酶A类物质的合成途径得到加强;(3)包括可分解代谢并产生辅酶A类前体物质的氨基酸（缬氨酸、异亮氨酸、丙氨酸）在内的大部分氨基酸合成代谢途径得到强化;(4)中心碳代谢途径中EMP途径和PP途径的通量提高，TCA循环通量明显下降，导致EMP末端积累的丙酮酸减小流向TCA循环的流量而更多地用于尼莫菌素合成前体的合成。上述工作从多角度更加深入地探讨了补加硫酸铵工艺下尼莫菌素高效合成原因，所得结果能为尼莫菌素发酵过程的调控以及尼莫菌素生产菌代谢工程改造提供指导与参考。