作为可再生的石油替代品，生物柴油近两年产量增长迅猛。生物柴油副产10%的甘油，这必然导致甘油市场过剩。以甘油为原料生产高附加值产品成为生物柴油行业的迫切愿望。其中用生物法将甘油转化为1,3-丙二醇是最受人们关注的方法之一。目前甘油生物转化为1,3-丙二醇的生产成本比较高，通过代谢工程手段提高其生产强度是研究的热点。本文以克雷伯氏杆菌转化甘油为研究对象，通过代谢途径优化分析，预测影响生物量和1,3-丙二醇的代谢途径和关键酶，为菌株的基因改造提供理论指导。首先，依据克雷伯氏杆菌氧气调控信息，采用Boolean网络构建代谢模型。通过基元模式分析，并结合不同发酵阶段下实验测得的胞外代谢产物积累速率，以生物量最大为目标函数，应用线性规划对微氧和厌氧条件下的克雷伯氏杆菌代谢网络进行优化分析，得到不同发酵阶段的最优代谢途径。结果表明，微氧条件下不同发酵阶段生物量合成的最优代谢途径相同；而厌氧条件下延迟期和稳定期的最优代谢途径相同，与对数期不同。同时，各最优代谢途径对1,3-丙二醇生成的贡献也较大。此外，氧化磷酸化途径在维持还原当量和能量平衡中起重要作用，更有利于生物量和1,3-丙二醇合成。其次，分析微氧和厌氧条件下克雷伯氏杆菌代谢网络的各基元模式中各反应与1,3-丙二醇和生物量合成的相关性。结果表明，无论微氧和厌氧条件，甘油氧化还原途径不仅对1,3-丙二醇生成有利，同时也有利于生物量合成；三羧酸循环对生物量合成影响较大。此外，与厌氧条件相比，戊糖磷酸途径在微氧条件下对生物量合成影响较大。最后，以1,3-丙二醇高产率为目标函数，运用CASOP算法对微氧条件下克雷伯氏杆菌代谢网络进行模拟，得到丙酮酸甲酸裂解酶基因、甲酸脱氢酶基因、延胡索酸还原酶基因、乙醛脱氢酶基因、2,3-丁二醇脱氢酶基因共5个敲除靶点和异柠檬酸裂合酶基因、苹果酸合成酶基因、6-磷酸葡萄糖脱氢酶基因、6-磷酸葡萄糖酸内酯酶基因、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因共5个过表达靶点。