氨基酸跨膜转运在工业微生物细胞生长和代谢中起着至关重要的作用。当表达了目的基因的细胞被用作催化剂时,跨膜过程往往是影响催化效率的关键环节。全细胞催化剂细胞膜的理性改造是提高催化剂效率、改善底物或产物对游离酶不良影响的有效途径。然而现有的研究中,对以转运蛋白为核心的氨基酸跨膜系统的认识仍十分有限,尤其是重要工业微生物地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）中的相关基因,尚未获得鉴定。本课题组前期研究表明,以L-天冬氨酸为底物的L-天冬氨酸-α-脱羧酶（Pan D）在游离状态下会受到底物的不可逆抑制,且抑制程度与底物浓度正相关。本研究首先对地衣芽孢杆菌与L-天冬氨酸和β-丙氨酸相关的转运蛋白进行了挖掘和鉴定;在此基础上构建了转运功能理性改造的系列重组细胞;进一步的,以Pan D酶全细胞催化剂评价了重组细胞对β-丙氨酸生物法合成的影响。主要研究结果如下:（1）地衣芽孢杆菌中转运蛋白的功能研究:通过氨基酸同源性预测了参与L-天冬氨酸主动转运的蛋白质Ydg F、Yvb W和Yve A,对它们的编码基因进行了克隆。分别构建了编码基因过表达和缺失的突变菌株,对转运蛋白的功能进行鉴定。在以L-天冬氨酸作为唯一碳氮源时,与野生型菌株相比,Ydg F、Yvb W和Yve A蛋白缺失突变菌的生长受到显著抑制。在缺失转运蛋白的菌株中回补表达对应的转运蛋白,细胞生长的表型得到恢复。另一方面,在野生型菌株中过表达三种转运蛋白都可以促进细胞对L-天冬氨酸的吸收,其中Ydg F过表达菌株单位细胞吸收能力提高了130%。敲除了Yve A蛋白编码基因的菌株对β-丙氨酸的吸收变高,单位细胞吸收能力提高了65%。（2）基于Pan D酶的全细胞催化剂的构建:在地衣芽孢杆菌中异源表达了来自杰氏棒杆菌的Pan D酶,构建了菌株Blp S09PD作为以L-天冬氨酸为底物生成β-丙氨酸的全细胞催化剂。每次以20 g·L-1的L-天冬氨酸为底物,细胞重复使用三次后催化活力降低86.26%。重复使用5次可获得11.63 g·L-1的β-丙氨酸。（3）全细胞催化剂的重复使用稳定性的提高:在基于Pan D酶的催化反应中,发现使用全细胞催化剂进行催化反应比使用游离酶更稳定。在胞内过表达转运蛋白Ydg F可以使细胞催化剂在连续使用的条件下维持较高的酶活,该菌株Blp S09F-p S09PD重复使用三次后酶活损失仅为19.05%。重组菌株Bld AS09F-p S09PD细胞重复使用五次的产物浓度可达33.63 g·L-1。本文不仅有助于β-丙氨酸生物生产的研究,也为其他受到底、产物抑制的酶的应用提供了参考;利用地衣芽孢杆菌作为全细胞催化剂也为之后想利用这一方法进行产物合成的实验奠定了基础。