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针对工业生物过程中微生物生理特性的理解与代谢能力的调控这一关键科学问题，综合运用系统生物学知识、代谢调控理论、基因工程策略和生化工程方法，以典型工业微生物为对象，从代谢能力和环境适应性等入手，阐释了影响微生物生理特性的关键因素，提出并实践了全局高效调控微生物代谢功能的新方法，提出的微生物发酵过程的优化控制策略包括：(1)基于微生物反应计量学的培养环境优化技术；(2)基于微生物代谢特性的分阶段培养技术；(3)基于反应动力学模型的优化技术；(4)基于代谢通量分析的优化技术：(5)基于辅因子调控的发酵过程优化技术。优化策略成功应用于多种产品的工业化生产中。