3-羟基丁酮（3-hydroxy butanone）作为微生物代谢中重要的初级代谢产物,是广泛应用于食品、化工、生物燃料等行业的重要平台化合物。近些年来关于生物法制备3-羟基丁酮的研究较多,但对产3-羟基丁酮芽孢杆菌的基因组序列研究相对较少,而以嗜热的芽孢杆菌发酵生产3-羟基丁酮的研究更是罕见。本论文利用课题组前期新筛选到的两株嗜热菌Bacillus sp.H13-3、H15-1发酵合成3-羟基丁酮,通过以下三个方面进行分析研究。首先,在研究之前,不管是基础研究还是发酵生产,都没有3-羟基丁酮在线检测的相关报道。针对不能实时检测发酵样品3-羟基丁酮含量这一问题,建立了一套3-羟基丁酮的在线快速定量检测系统。经过在线检测系统的性能分析:检测结果准确度、精度高（RSD=0.02%）,平均回收率高（99.42%）,建立的标准曲线拟合度高,检出限范围广（0.05¹10.00 g/L）。同时该系统具有操作简便,所需检测仪器价格低廉等优点。通过这一系统验证了肌酸比色法在线测定发酵液中3-羟基丁酮是可行的。此系统的开发,具有重要的实际应用价值。其次,Bacillus sp.H13-3利用木薯粉水解液发酵生产3-羟基丁酮,对此进行了优化。经过Plackett-Burman实验,优化后的配方是:过滤处理后的40%（w/w）木薯粉糖化液;玉米浆,30 g/L;KH₂PO₄,3 g/L;三水合乙酸钠,0.3 g/L;CaCl₂,0.2 g/L;MgSO₄,0.1 g/L。采用两阶段pH控制发酵的方法,达到了H13-3高产3-羟基丁酮的目的,其最高产量达到67.03 g/L,据我们所知是嗜热菌最高产量。最后,在前期发酵实验中我们发现了两种新颖副产物,进而鉴定这两种产物为:2-羟基戊酮、3-羟基戊酮。为了从酶学角度解析新颖副产物的合成途径,对H15-1的全基因组序列进行了测定,且对H15-1中的关键酶α-乙酰乳酸合成酶和α-乙酰乳酸脱羧酶的基因（alsS、alsD）进行了异源表达。之后以丙酮酸与2-酮丁酸为底物,用纯化的酶催化得到了3-羟基丁酮、2-羟基戊酮、3-羟基戊酮。证明了3-羟基丁酮的代谢过程中的关键酶同时也参与了3-羟基丁酮同系物2-羟基戊酮、3-羟基戊酮的形成。从酶学的角度分析了关键酶在3-羟基丁酮及其同系物合成过程中的功能。