左旋多巴（3,4-2dihydroxylphenylalanine,L-DOPA）是治疗帕金森综合症的主要药物,随着我国人口老龄化速度的加快,对左旋多巴的需求也迅速增加。目前应用于工业化生产L-DOPA的方法主有化学合成和微生物酶催化法。化学合成法虽然具有纯度高和收率高的优势,但也存在步骤繁杂、环境污染严重、成本较高等问题;微生物酶催化法具有工艺简单、产量稳定、条件温和等优点,具有广阔的工业化应用前景。原始菌株（如Erwinia herbicola等）中的酪氨酸酚裂解酶（Tyrosine phenol-lyase,TPL）活性普遍较低,无法直接用于高效催化合成L-DOPA。为了提高酪氨酸酚裂解酶表达量与酶活,本研究在大肠杆菌（Escherichia coli）中异源表达来源于草生欧文式菌（Erwinia herbicola）的TPL,通过易错PCR技术对酪氨酸酚裂解酶基因进行定向进化,并分别在摇瓶和5 L发酵罐水平上对重组菌的培养条件以及催化合成L-DOPA的条件进行了优化,提高了酪氨酸酚裂解酶的催化效率和L-DOPA的产量。论文主要研究结果如下:（1）结合易错PCR和高通量筛选技术定向进化酪氨酸酚裂解酶,强化TPL催化活性,并分析突变体酶学性质。首先对易错PCR的条件进行了优化,确定了Mg²⁺和Mn²⁺的最适添加浓度,平均突变率为0.5%。经两轮易错PCR和高通量筛选,从大约2×10⁴个突变体中筛选获得了一株正向突变株3-2F9。经全细胞催化,L-DOPA产量较原始菌株提高了36.5%。通过测定突变TPL的酶学性质,得到其最适反应温度为30^oC,最适pH为9.0。在温度20-35^oC以及pH8.5-10.0之间时,酶的稳定性较好。（2）在摇瓶水平上对突变菌株的培养条件、发酵产酶条件及L-DOPA合成条件进行优化。通过对培养基的优化确定了最适培养基成份为:以TB培养基为基础,添加1.5 g·L^-1的MgSO₄·7H₂O和4 mL·L^-1的TES。最适发酵条件为:种子最适培养时间为8-10 h,随后添加0.2 mmol·L^-1的IPTG在25^oC诱导培养12 h。最适转化条件为:底物丙酮酸钠、邻苯二酚和乙酸铵的初始浓度分别为15 g·L^-1、10 g·L^-1和30 g·L^-1,每隔1.5 h分别补加丙酮酸钠和邻苯二酚至终浓度为6 g·L^-1和4 g·L^-1,共补料三次。在最适条件下,15^oC反应8 h后,L-DOPA产量最高可达30 g·L^-1,较优化前提高了72.4%。（3）在5 L发酵罐上对重组菌E.coli BL21高密度发酵生产TPL及催化合成L-DOPA的条件进行优化。确定了最适接种量为2%,采用DO-stat补料策略,建立了三阶段控制溶氧的发酵培养模式。具体的补料分批发酵工艺为:诱导前控制溶氧浓度为20%,诱导后前2 h控制溶氧为30%,之后控制溶氧在40%以上,流加甘油浓度为300 g·L^-1。确定了罐上催化反应连续流加底物方法为:丙酮酸钠12g·L^-1·h^-1,邻苯二酚在前2 h、2-4 h、和4-5 h流加速率分别为10 g·L^-1·h^-1、7 g·L^-1·h^-1和4 g·L^-1·h^-1。在该条件下,TPL酶活在发酵10 h可达到2.4 U·mL^-1,菌体浓度达到51.2,L-DOPA产量为69.1 g·L^-1。