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3-羟基丙酸（3-HydroxypropionicAcid，简称3-HP）和1，3-丙二醇(1，3-Propanediol，简称1，3-PDO)是重要的平台化合物。3-HP因可以用于合成如丙烯酸、丙二酸等多种重要的化工产品而受到广泛的重视。随着以1，3-PDO为主要原料合成的聚酯PTT（聚对苯二甲酸丙二醇酯）的开发，使得对1，3-PDO的需求大大增加。本研究根据生物柴油副产甘油的现状，探索利用甘油发酵生产3-羟基丙酸的方法，以肺炎克雷伯氏菌（Klebsiellapneumoniae）为宿主，利用其含有甘油脱水酶和甘油脱水酶再激活酶的特点，构建重组克雷伯氏菌联产3-HP和1，3-PDO。具体内容包括以下几个方面:
从大肠杆菌、运动发酵单胞菌、乳酸杆菌、克雷伯氏菌克隆了14种不同的醛脱氢酶基因，以pUC18kan和pUC18(△amp)kan构建表达载体，在一株高产1，3-PDO的K.pneumoniaeWM3中表达。其中过量表达来自大肠杆菌的γ-谷氨酸-γ-氨基丁醛脱氢酶的K.pneumoniae/pUC18kan-aldHec3-HP的生产性能最好，厌氧摇瓶培养3-HP的浓度为1.13g/L，得率为0.16mol/mol。其次是分别表达来自K.pneumoniae和E.coli的γ-氨基丁醛脱氢酶，3-HP的浓度分别为0.98和0.94g/L，对甘油的得率分别为0.10和0.09mol/mol。表达其他醛脱氢酶的重组菌表现出较低的3-HP的生产性能。
采用5-L罐对K.pneumoniae/pUC18kan-aldHec进行厌氧补料分批发酵。发酵24h，3-HP和1,3-PDO的浓度分别为24.4和49.3g/L，对甘油的得率分别0.18和0.43mol/mol，二者对甘油的总得率(0.61mol/mol)也明显增加，分别是野生菌和带空质粒菌二者总得率的1.56和1.45倍，说明过量表达大肠杆菌的醛脱氢酶显著增加了甘油脱水酶途径的碳流量，实现了3-HP和1，3-PDO的联产。与此同时，除乳酸外，其他副产物的积累较野生菌都有所减少。
对3-HP生产菌K.pneumoniae/pUC18kan-aldHec进行了不同通气条件的微好氧补料分批发酵。随着通气速率的增加，甘油的比消耗速率逐渐下降;细胞生物量、3-HP的生产与通气速率呈正相关，而1，3-PDO的合成与其呈负相关。通气1.5vvm条件获得了最高的3-HP浓度和得率，分别为48.9g/L和0.41mol/mol，相应1，3-PDO为25.3g/L和0.25mol/mol，二者对甘油的得率和为0.66mol/mol，表明流向甘油脱水酶途径的碳随着通气速率的增加也得到了增强。与厌氧发酵相似，乳酸为主要的副产物，并随通气速率的增加而增加，而其他副产物则随着通气速率的增加大大减少。考察了厌氧和微好氧补料分批发酵代谢物的比速率，分析了通气速率对甘油脱水酶途径的比速率(qGDHt)以及3-HPA流向3-HP和1，3-PDO分流比的影响，结果显示微好氧条件下，qGDHt随通气速率的增加而明显下降;3-HPA流向3-HP途径的分流比与通气速率呈正相关，1,3-PDO途径的分流比与通气速率呈负相关，因此可以通过控制通气速率来调整生产的3-HP和1，3-PDO的比例。
根据代谢物的量计算野生菌、K.pneumoniae/pUC18kan和K.pneumoniae/pUC18kan-aldHec厌氧发酵的氧化还原平衡，结果显示表达醛脱氢酶的重组菌NADH的产生要远大于其消耗，推测未平衡的NADH可能通过产氢消耗并再生NAD+。采用实时荧光定量PCR的方法检测了氢酶、转氢酶和甲酸脱氢酶基因的转录，与野生菌相比，重组菌氢酶3的5种不同亚基基因以及与其成熟相关的附属蛋白基因均为上调，但Ech氢酶和转氢酶基因均为下调，推测该菌可能主要在氢酶3的作用下氧化过量的NADH。K.pneumoniae/pUC18kan-aldHec发酵22h较18h所测氢酶基因均为上调，这与氧化还原平衡分析的结果吻合。另外，通过摇瓶实验对K.pneumoniae/pUC18kan-aldHec厌氧产氢进行了测定，测得氢气为3.81mmol，对甘油的得率为0.093mol/mol，氧化还原平衡分析结果显示NADH的产生与消耗基本平衡，表明厌氧条件下细胞通过氧化NADH产氢维持胞内的氧化还原平衡。