丝状真菌（filamentous fungi）广泛用于发酵产业，是重要的工业微生物菌种，其产品涵盖了有机酸（如柠檬酸、乳酸、富马酸等），酶制剂（如纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等），抗生素等。在液体深层发酵过程中，丝状真菌的生长形态与产量甚至产物种类间存在不可分割的联系。丝状真菌的生长形态对细胞代谢途径，产物积累，反应器质量传递，产物分离提取均有显著影响。因此，为了寻求产物产量的最大化，生产过程经济效益的最大化，而控制与该目的性相适应的生长形态成为研究的热点。然而，生长形态作为丝状真菌生命体进行生命活动的一种本能表现形式，受到影响的因素多且复杂，如何理解并控制这一高度本能化的过程成为发酵调控的难点。　　从微观上来看，以分子生物学为主要手段的丝状真菌生理学研究逐步深入的揭示了丝状真菌的遗传特性与生长行为;从宏观上来看，工程学在丝状真菌发酵过程中的运用则大大提高了目标产物的产量、产率、以及生产强度。研究学者的观点中，于2011年提出的形态工程学（morphology engineering）概念能够准确的概括丝状真菌形态学研究的研究特点与发展方向，使得应用工程学手段研究调控丝状真菌形态成为一种趋势。　　在米根霉发酵产富马酸体系，菌体形态的研究是一个复杂而紧迫的课题。首先，米根霉作为孢子非聚集体系(non-coagulating type)，其成球或者呈现出其他宏观形态常常表现出很强的随机性，其中的机理仍然难于探索，与此同时，米根霉发酵产富马酸的过程对于宏观形态的要求却是特定的，怎么理解并处理该矛盾，从而优化整个发酵流程成为研究的核心。具体到面向工业化生产的过程中，米根霉产富马酸在形态方面需要着力解决的几个问题为:　　(1)在米根霉扩培过程中，如何开发获得形态均一、大小合适、活力强劲的米根霉菌球种子的培养工艺;　　(2)米根霉种子培养工艺的菌球形态控制原理;　　(3)如何评价米根霉在发酵过程中形态对于发酵的影响，提供量化的指标对发酵过程进行评价指导;　　(4)如何解决米根霉在放大过程中的形态问题，实现米根霉产富马酸的工程放大。　　本文以米根霉ME-F14菌株为研究对象，围绕以上主要问题展开工作。主要利用工程学的手段来控制丝状真菌的形态，并指出其中的工程学原理，解决了种子培养的工艺，提出量化指导发酵过程的形态指标，实现富马酸的中试生产。主要的研究结果包括:　　(1)从营养角度，主要考察了包括不同氮源，及其在培养基中的浓度，添加碳酸钙，对种子培养成球的影响;从培养角度，主要考察了不同培养方法，培养过程中的pH对米根霉种子生长形态的影响。另外，还考察了米根霉利用纤维素水解液生长成球的情况。结果发现，米根霉利用低于1-4 g/L的蛋白胨时，能够将形态控制为0.5-1.2 mm的小球(pellet);在培养基中添加不同的浓度的纤维素水解液时，可以有效将菌体形态控制为形态均一、大小稳定的菌球，其菌体直径稳定在0.6mm上下，并表现出良好的富马酸分泌潜力，是一种有效的菌体形态控制策略。　　(2)纤维素脱毒水解液中木糖能够促进菌体大分子的合成，生物量较对照组增加了47.6％;乙酸、糠醛为生长刺激物，低浓度糠醛和乙酸轻微刺激菌体生长，高浓度添加糠醛后会抑制米根霉的生长，几种混合物在较低浓度下（在低于相对添加浓度10％以下）刺激菌体生长，较高浓度下抑制菌体的生长。纤维素水解液影响菌体形态首先是一种综合的作用，包括菌体中几丁质的含量，可能还与其中的含有的微粒子以及钙离子有关。　　(3)米根霉发酵阶段菌体生长形态对米根霉产富马酸的有重要影响，在富马酸快速产酸阶段的菌体，量化分析了菌体直径、菌体密度两项指标对富马酸分泌的影响，半定量分析了菌球内部结构分析对菌体产酸的影响。结果发现，氮源浓度以及接种孢子浓度可以分别有效影响最终发酵过程中的菌体密度与菌体直径，获得了菌球直径范围从0.6-1.8 mm，和菌球直径分别为0.6、1.0、1.4 mm左右但是菌球密度范围在19.5-57.3 kg/m3的菌球，有效的实现了工程学角度菌球形态的定向控制。在此基础上，富马酸的产量在菌球直径为1.0 mm达到最高值41.36 g/L，直径超过1.2 mm菌球再增大，富马酸产量下降明显;相同平均菌球直径下，57.3 kg/m3的菌球产酸比19.5 kg/m3的菌球高出49.36％。菌球内部的切片与分析发现，菌球存在各种典型的内部结构特点，各种结构对应的产酸情况各异，利于产酸的内部结构包括内部紧密外部毛躁的小球，壳核结构小球，内部松散分布均匀的小球。菌球内部定量化的分析还发现菌球的结构演变过程中，菌球结构的改变导致产酸量变化的最有可能的原因是内部结构改变导致了菌球的产酸活跃层的变化。通过对形态进行优化产酸，富马酸产量达到41.14 g/L，产率达到51.43％，生产强度达到0.857 g/L.h。　　(4)通过控制形态，实现了米根霉子在不同规模搅拌式发酵罐上产富马酸。在3L罐中，42.26 g/L，生产强度达到0.88 g/L.h;在7L罐中，富马酸的浓度达到43.34 g/L，生产强度达到0.81 g/L.h，为米根霉产富马酸实现工业化生产奠定的坚实的基础。