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1,3-丙二醇（1,3-propanediol,1,3-PDO）是新型纤维聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）的合成单体,也是食品、化妆品、制药中使用的重要化学中间体,具有巨大的市场价值。克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）是一株优良的天然1,3-PDO合成菌株,但生产过程中存在发酵液离子（盐）浓度高、污染环境、发酵液腐蚀设备及下游提取分离成本高等问题,限制了1,3-PDO工业化生产。因此,本研究通过培养基优化降低发酵液离子（盐）浓度,弱化副产物合成、强化TCA循环提高K.pneumoniae的生长和1,3-PDO合成能力,尝试低离子发酵产1,3-PDO技术路线,旨在减轻下游提取分离过程中的脱盐压力。为降低发酵液离子浓度,尝试去除培养基中的两种主要阴离子PO43-和SO42-,以减少发酵结束时有机盐和无机盐的产生。发酵结果显示,当培养基中PO43-缺失时,菌株的生物量和1,3-PDO产量降低了47.8%、63.9%,副产物的积累量均有所提高;当培养基中SO42-缺失时,副产物积累量未有明显变化,但菌株的生物量和1,3-PDO产量分别下降了10.1%和8.73%;培养基中同时缺失PO43-和SO42-时,菌株的生物量仅为原来的31.7%,而1,3-PDO产量降低了92.6%,仅为1.4 g·L-1。尝试采用玉米浆或（NH4）2HPO4来替代培养基中的KH2PO4、（NH4）2SO4和MgSO4,于发酵培养基中添加不同浓度的玉米浆或（NH4）2HPO4后进行摇瓶发酵,发现1.5 g·L-1的（NH4）2HPO4基本满足要求,使培养基中初始盐的添加量降低了87%,但1,3-PDO产量和生物量有明显下降。为了提高低盐下的1,3-PDO产量,研究通过强化TCA循环,于K.pneumoniae中分别单独和共同过表达内源的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化酶编码基因ppc和来源于Escherichia coli突变后的柠檬酸合成酶编码基因gltAR164L,结果显示,单独过表达ppc或gltAR164L能够分别增加TCA循环还原和氧化分支的碳流,但是并不能提高菌株的1,3-PDO产量,而共表达ppc和gltAR164L,使K.pneumoniae PG的1,3-PDO产量提高了10.2%。副产物合成和还原力供给是限制1,3-PDO合成的两个重要因素,因此,在敲除poxB、pta-ackA及ldhA基因阻断甘油氧化途径两个主要副产物乙酸和乳酸合成及敲除TCA循环溶氧响应调节蛋白编码基因arcA的菌株中共表达ppc和gltAR164L以提高低离子浓度下菌株的1,3-PDO产量,结果表明,K.pneumoniae MPG的生物量、1,3-PDO产量分别增加了35.8%、8.22%;进一步过表达来源于E.coli中TCA循环的NAD（P）H合成酶,异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶,所构建K.pneumoniae MPGSLI的NADH和NAD+总量提高了55.3%,NADH/NAD+比例提高了39.5%,菌株的生物量和1,3-PDO产量分别增加了34.2%和8.4%,最终的1,3-PDO产量达到了21 g·L-1。上述研究结果表明弱化副产物合成、强化TCA循环可以提高低离子发酵的菌株生长和1,3-PDO合成能力,为降低下游提取分离成本和工业化生产提供了思路。