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3-羟基丙酸(3-hydroxypropionic acid,3-HP)是一种重要的工业用化学中间体，可用来合成多种具有高经济价值的化工产品和特种生物降解材料，被美国能源部列为当前最具开发潜力的12种生物基平台化工产品之一。通过构建基因工程菌株发酵生产3-HP是现在的研究热点，但此方法存在菌株稳定性差、酶活不高、需要昂贵辅酶、副产物多提纯困难等缺点。全细胞催化法具有底物选择性高、催化过程简单高效、环境友好等优势，是一种技术上可行的生产3-羟基丙酸的方法。本研究通过透明圈法初筛获得了35株菌落形态各异的菌株，并测定其全细胞催化1,3-丙二醇(1,3-PDO)合成3-HP性能。经HPLC和ESI-MS分析检测，共筛选到3株高性能菌株。形态学、生理生化和分子生物学鉴定3株菌分别为Gluconobacter oxydans，Rhodotorula mucilaginosa和Acetobacter sp.，其中R. mucilaginosa和Acetobacter sp.为首次发现的具有催化合成3-HP能力的菌株。在相同条件下经5g·L-1菌体5h催化反应，Acetobacter sp.可生成7.18g·L-1的3-HP，明显高于G. oxydans6.58g·L-1和R. mucilaginosa3.75g·L-1的3-HP产量。通过对Acetobacter sp.底物催化特异性研究表明，该菌株对1,3-PDO催化效果最好，10g·L-1的1,3-PDO经7h催化可生成11.62g·L-1的3-HP，摩尔转化率高达98.2%，尚未发现高于此转化率的其他报道；Acetobacter sp.对乙二醇、甘油、戊醇、苯甲醇、苯乙醇等含羟基化合物具有不同程度的催化氧化作用，但对1,2-丙二醇和乳酸无催化活性。对Acetobacter sp.细胞膜及胞内物质1,3-PDO催化性能测定发现仅细胞膜具有催化活性，可以推定1,3-PDO催化氧化酶系位于菌体的细胞膜上，同时GC-MS结果显示催化反应液在m/z为74、57、44处有中间产物3-羟基丙醛的特征峰，推断该催化反应过程为1,3-PDO首先被催化氧化为3-羟基丙醛，3-羟基丙醛进而被催化氧化生成3-HP。在摇瓶水平上考察了碳源、氮源、无机盐对Acetobacter sp.菌体生长和细胞催化性能的影响，最适发酵培养基为葡萄糖4g·L-1，蔗糖16g·L-1，蛋白胨10g·L-1，MgSO41g·L-1。最适培养条件为30℃，初始pH6.0，装液量50mL/500mL，种龄16h，接种量5%。在此条件下Acetobacter sp.经24h培养达到最大生物量(4.85g·L-1)和最大催化性能。同时，对Acetobacter sp.全细胞催化合成3-HP的条件进行了初步优化，适宜条件为：底物浓度20g·L-1，菌体浓度5g·L-1，1%体积的油酸，30℃，pH6.0，摇床转速200r·min-1。在此条件下反应11h，3-HP浓度为23.25g·L-1，摩尔转化率高达98.2%。研究还发现Ca2+、Fe3+、Mg2+等金属离子对催化反应均具有促进作用，产物3-羟基丙酸的存在对菌体的催化性能具有抑制作用。以10g·L-11,3-PDO做底物，菌体7次重复使用摩尔转化率高达98.2%-81.3%，表现出了较好的菌体重复利用性能。Acetobacter sp.在4℃条件贮存70h后细胞催化活性仍能保留93.8%，具有良好的贮存稳定性。