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γ-氨基丁酸（GABA）是哺乳动物体内一种重要的抑制性神经递质,具有多方面的生理功能,广泛应用于食品、医药、饲料等行业。本研究从一株经多次诱变筛选的具有较高谷氨酸脱羧酶活力植物乳杆菌GB 01-21全基因组DNA中克隆了其谷氨酸脱羧酶（GAD）编码基因lpgad,构建了一株重组大肠杆菌E. coli BL21/pET-28a-lpgad,经乳糖诱导表达了有活性的重组蛋白GAD,其分子量为53 kDa左右,经1.5 g/L乳糖诱导8 h,重组菌破碎细胞后粗酶液测得酶活力为331.56 U/mL,比酶活为8.53 U/mg,是出发菌株植物乳杆菌粗酶液酶活的4.24倍。在摇瓶水平上对重组菌产酶条件进行优化,通过单因素实验和正交实验确定了最佳产酶培养基组分（g/L）:葡萄糖10 ,大豆蛋白胨12 ,酵母膏12 ,玉米浆15 ,尿素3 ,K2HPO4 4.35 ,KH2PO4 3.4 ,MgSO4 1.2 ,NaCl 5 ,L-谷氨酸钠3;在此基础上,通过单因素实验确定了最佳培养条件:培养基初始pH为7.0,接种量为1%,200 r/min、37℃培养8 h至菌体达到对数生长后期,随后在30℃下经1.5 g/L乳糖诱导培养8 h,酶活最高达到1020.4 U/mL。粗酶液经Ni柱纯化后获得电泳纯重组GAD,初步研究了纯化后GAD的酶学性质。根据其酶学性质,确定了全细胞转化体系为:0.2 mol/L pH4.8乙酸-乙酸钠缓冲液(内含:2.5 mmol/L Ca2+、3.5 mmol/L Mg2+)、转化温度为37℃,以50 g/L L-谷氨酸为底物,转化4 h,与优化前相比,GABA产量提高了42.5%,转化率从69.3%提高到98.8%。5 L发酵罐水平对重组菌产酶条件进行了优化研究,分批发酵研究结果表明,在线控制pH7.0与不控制pH相比,菌体量和酶活分别提高了26.6%和60.1%,最佳通气量和转速分别为1.5 vvm,300 r/min;在此基础上考察了5 L发酵罐中补料分批培养对菌体生长及产酶的影响,发酵进行8 h开始恒速流加葡萄糖（总量30 g/L）,至20 h结束流加,此时添加终浓度为1.5 g/L乳糖诱导培养至28 h,菌体量达到最大值10.4 g/L,酶活最高为2205.4 U/mL,与分批发酵培养条件下的菌体量和酶活相比,分别提高了108%和96.8%。5 L发酵罐水平对重组菌转化L-谷氨酸产GABA进行了优化研究,结果表明:最适搅拌转速为300 r/min;转化液中最适菌体浓度为15 g/L;最适底物投料量为50 g/L;底物批次投料时间间隔为:1.5、1.5、2、2、3、3、4、4 h,在最佳条件下转化结束后,氨基酸测定仪测得GABA浓度为278.3 g/L,摩尔转化率达99.4%,与原始植物乳杆菌相比,该重组菌具有较强的L-谷氨酸转化能力,GABA产量提高了93.9%,转化时间从80 h缩短至21 h;与已报道的最高水平相比,转化时间缩短了15 h,转化率也有所提高。该重组菌具有较强的工业化应用潜质。