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甲羟戊酸是合成异戊二烯焦磷酸(IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(DMAPP)的关键性前体物质,而且IPP和DMAPP经过催化作用能够合成萜类化合物,合成的下游产物异戊二烯可以应用于橡胶、合成润滑油添加剂、橡胶硫化剂和催化剂等功用;甲羟戊酸途径能够合成甲羟戊酸及多种下游产物,比如在治疗疟疾方面有特殊功效的青蒿素、药用价值很大的类胡萝卜素等;作为航空燃料的C10和C15平台化合物的生物基燃料。所以甲羟戊酸及其下游产物的市场前景非常广阔。本论文选择的是发酵工业上常用的微生物菌株——大肠杆菌Escherichia coli作为生物载体,建立以乙酸为唯一碳源底物,合成甲羟戊酸及下游产物的合成体系。本论文首先利用研究所已经构建的甲羟戊酸途径,以废水中的乙酸为唯一碳源底物合成甲羟戊酸的优化实验,采用单因子实验分析方法确定其合成的最优条件:发酵培养基牛肉浸粉添加量2g/L、发酵培养基pH=7、诱导温度27℃。然后进行5L发酵罐高密度发酵实验,考察乙酸废水产甲羟戊酸及下游产的发酵特性和动力学特征。在实验过程中考察发酵过程中菌体浓度、底物浓度、产物浓度、溶解氧、pH等的变化规律,发酵72h后细胞干重为1.5g/L,甲羟戊酸产量为3.83g/L,转化率为0.12 g/g。通过对发酵参数的分析,利用Logistic和Luedeking-Piret方程对甲羟戊酸发酵动力学进行拟合,结果显示,甲羟戊酸的合成与重组大肠杆菌的生长部分偶联。菌体生长、产物生成和底物消耗模型的拟合度R2分别达到了0.99666、0.97031、0.99622,可用于描述大肠杆菌利用乙酸为唯一碳源合成甲羟戊酸的动力学过程,为后续研究及工业化应用提供理论基础。在重组大肠杆菌乙酸合成甲羟戊酸的研究基础上,开展了乙酸联产甲羟戊酸及琥珀酸的菌株筛选及高效菌株构建。通过摇瓶培养,筛选出琥珀酸高产菌株FHR-1,并根据目标产物的代谢途径,通过基因工程方法,过表达吡啶核苷酸转氢酶基因pntAB,成功构建了乙酸联产甲羟戊酸及琥珀酸的菌株E.coli BL21(DE3)/pYJM16-pntAB/pFHR-1,甲羟戊酸转化率从12%提高到15%,琥珀酸的转化率从23%提高到了32%,极大的提高了碳原子利用率。乙酸合成异戊二烯的菌株筛选及条件优化。通过摇瓶培养筛选出乙酸合成异戊二烯的最优菌株E.coli BL21(DE3)::Trc-low/YJM16-ispSMJ/FHR-1;并探索以乙酸为碳源发酵甲羟戊酸及异戊二烯的优化条件,其优化条件为牛肉浸粉的添加量为2g/L、诱导温度27℃和培养基pH=7。异戊二烯的产量为4.33mg/L,甲羟戊酸产量为423mg/L,为使用乙酸作为碳源发酵合成异戊二烯或以异戊二烯为单体合成的萜类化合物奠定基础。