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3-羟基丁酮(acetoin，也称乙偶姻)是一种应用广泛的香料，同时，3-羟基丁酮还可以作为一种平台化合物，是一种重要的化工原料和医药中间体。3-羟基丁酮在食品工业中的应用，主要表现为它是人们喜爱的食用香料，可用于乳品、奶油、酸奶和草莓型等香料生产。3-羟基丁酮在医药行业中的应用，主要是3-羟基丁酮可以作为手性化合物用来合成医药中间体和稀有药物。但是通过化学法合成3-羟基丁酮不仅收率较低，而且对环境有较大污染，更为重要的是得到的产品也很难达到3-羟基丁酮的主要消费领域-食用香料的要求，同时化学工艺的原料来源也限制了其大规模发展。因此微生物发酵法生产3-羟基丁酮引起人们的广泛关注。本论文以克雷伯氏菌CICC10011为研究对象，通过对其胞内的氧化还原状态和代谢流的改变来解决3-羟基丁酮产量过低的问题，为3-羟基丁酮的产业化提供指导。 首先，在克雷伯氏菌发酵体系中建立测定NADH和NAD+含量、NADH氧化酶活力以及发酵产物的产量的测定方法对菌株发酵分析起着关键性的作用。本论文主要建立了利用酶循环法测定NADH和NAD+含量的方法、运用NADH含量的变化测定NADH氧化酶活力的方法以及采用高效液相色谱法测定发酵产物含量的方法，通过标准曲线的制作确定线性拟合关系，得到各测定量的线性拟合方程，从而能较方便地计算出发酵过程中各含量或酶活力的变化。 其次，导入外源NADH氧化酶基因(nox-2)对克雷伯氏菌胞内氧化还原状态和其代谢途径的研究。NADH氧化酶能催化NADH在氧气存在的条件下转化成NAD+和水，因此本论文在克雷伯氏菌中导入了外源NADH氧化酶基因，构建重组菌XZF-308。发酵实验表明，重组菌XZF-308与出发菌株CICC10011相比，3-羟基丁酮产量由2.7g/L增加到7.9g/L;代谢产物组成分析表明，NADH氧化酶基因的导入不仅使3-羟基丁酮的产量增加了189.29％，而相应的副产物乙醇、乳酸的产量分别降低了12.9％和12.2％，同时乙酸产量升高了9.5％，2，3-丁二醇的产量几乎不变。在补料发酵中，重组菌的3-羟基丁酮产量提高到25.8g/L，是目前克雷伯氏菌属中产3-羟基丁酮量最高的。 最后，过量表达烟酸转磷酸核糖激酶基因对克雷伯氏菌胞内氧化还原状态和其代谢途径的研究。烟酸转磷酸核糖激酶能催化烟酸转化成烟酸单核苷酸，而烟酸单核苷酸是NAD+合成的直接前体物质。因此本论文在克雷伯氏菌中过量表达烟酸转磷酸核糖激酶基因，构建重组菌NA-308。发酵实验表明，重组菌NA-308与出发菌株CICC10011相比，目标产物3-羟基丁酮产量由1g/L增加到2.1g/L，产量提高了一倍多，同时其他副产物中2，3-丁二醇、乳酸和乙醇的产量都有所下降，乙酸产量有所升高。因此，烟酸转磷酸核糖激酶基因的导入对胞内氧化还原状态的改变及对3-羟基丁酮的产量的提高也是显而易见的，为进一步指导3-羟基丁酮产量的提高提供依据。