1,3-丁二醇作为一种非天然的四碳二醇,在化妆品、医药、食品等领域具有重要的应用价值。生物法合成1,3-丁二醇,因为具有绿色环保、可持续,且不产生有毒副产物等优点,所以具有广阔的应用前景。本研究首先以大肠杆菌JM109（DE3）为出发菌株,对有文献报道的三种催化丁醇合成的醛脱氢酶进行了筛选,并且通过质粒拷贝数的筛选获得了高产1,3-丁二醇的出发菌株。然后通过以下几方面对菌株进行进一步改造。本研究对1,3-丁二醇生产过程中的还原力进行了探索,最后确定了在同时表达大肠杆菌来源的转氢酶pnt AB、NAD激酶nad K以及酿酒酵母来源的甲酸脱氢酶fdh1有最好的效果,在表达上述基因后,1,3-丁二醇产量达到了2.68 g/L。在此基础上通过转录水平调节梯度弱化柠檬酸合酶的转录水平,并且采用了Red同源重组系统敲除丙酮酸旁路基因（丙酮酸脱氢酶Adh E以及乳酸脱氢酶Ldha）来提升胞内可用乙酰-Co A,以此来提升1,3-丁二醇的产量。接下来,采用额外添加半胱氨酸的方法促进了胞内重要的传输介质Co A的积累,从而提升了1,3-丁二醇的产量。除添加半胱氨酸外,在表达多磷酸激酶ppk的基础上额外添加六偏磷酸钠可以提升胞内的ATP,在以上方案的实施下,菌株的生长得到明显改善并且1,3-丁二醇的产量也得到了提升。综合上述的实验策略,最终构建出了一株高产1,3-丁二醇的大肠杆菌菌株,在摇瓶优化的基础上,产量可以达到9.22 g/L,最高转化率可以达到0.42 g/g葡萄糖。通过5 L生物反应器的发酵优化后,1,3-丁二醇的产量达到了19.23 g/L,得率为0.32 g/g葡萄糖。