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5-氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid,简称ALA）是一种含氧、氮的碳氢化合物,是生物合成四氢吡咯的前体,还是卟啉、（亚铁）血红素、叶绿素以及维生素B12的结构类似物。ALA是生理活性非常活跃的一种非蛋白类氨基酸,其应用范围非常广阔。在农业上,可作为一种光活化绿色无公害的除草剂、杀虫剂、抗微生物药剂和植物生长促进剂而得到广泛应用,具有促进植物生长、对害虫高效、对人畜无毒、对环境无污染的生物农药和肥料的应用前景;在医学上,ALA被应用到癌症的光动力学治疗和诊断上;还具有促进血红素生成的作用;另外,5-氨基乙酰丙酸做为外用药可用于痤疮的治疗和作为生发剂使用。利用微生物发酵来合成ALA,具有易培养、无毒害等优点。基于生物合成法的优势及ALA广泛的应用前景,本论文主要对5-氨基乙酰丙酸的生物合成展开研究,包括光合细菌的筛选及分子生物学鉴定、菌株生理特性及培养条件的选择、诱变育种及ALA合成酶基因（hemA）的克隆。利用特定的培养基进行大批量的分离筛选,得到了五株光合细菌,分别是G-污泥Ⅰ、G-污泥Ⅱ、G-5、G-7、G-14。通过对这五株菌生长曲线及ALA产量的测定,最终筛选出了产生ALA能力最佳菌株G-污泥Ⅱ,该菌株初始产量约为4.5mg/L;利用SDS碱裂解法提取菌株G-污泥Ⅱ的基因组DNA,然后设计引物Fd1和引物Rd1,以菌体基因组DNA为模板,进行16S RNA扩增,大约在1.4Kb处获得清晰的目的条带,将PCR产物纯化回收,送生物公司测序进行分子生物学鉴定,将测序结果在NCBI上进行比对,确定该菌株为Rhodobacter sphaeroides属,一致性达到99%。通过对筛选得到的高产菌株G-污泥Ⅱ进行生长特性的研究,发现乙酸钠为最佳碳源,胰蛋白胨为最佳氮源。在培养基中加入乙酸钠质量浓度为4g/L、胰蛋白胨质量浓度为10g/L、接种量为10%、250mL摇瓶装液量为50mL、甘氨酸浓度为100mmol/L,琥珀酸浓度为60mmol/L、好氧黑暗、调节初始pH为7.0,30℃、180rmin-1摇床进行培养时,菌体生长量及ALA积累量均有很大程度的提高,ALA最终产量可达到24.73mg/L,是初始培养条件下产量的5.5倍。为克服原始菌株合成酶活力低的问题,采取了诱变的方式来提高ALA产量。试验通过理性化育种,采用紫外线、氯化锂协同作用对菌株G-污泥Ⅱ进行诱变处理,经过多次重复诱变筛选,最终得到产量约为24.26mg/L的菌株,是初始培养条件下产量的5.4倍,诱变作用初见成效。克隆ALA合成途径的关键酶基因,构建以E.coli BL21为宿主的工程菌,以获得具有较高ALA合成酶表达量以及较高的酶活力的重组菌,解决用诱变的光和菌合成ALA成本高的问题。本研究根据GenBank上公布的5-氨基乙酰丙酸合成酶hemA基因序列,设计引物ALA1和ALA2,并用菌株G-污泥Ⅱ的基因组DNA作为模板,进行PCR扩增,获得hemA基因片段,并进行TA克隆,构建了克隆载体hemA-PEASY-T1,并对其质粒进行EcoRI和HindIII双酶切验证,经琼脂糖凝胶电泳验证,得到了一条1230kb的片段,通过序列分析,将结果与NC007493 USA Rhodobacter sphaeroides进行比对,发现G-污泥Ⅱ菌株编码ALA合成酶的基因,有一个碱基的差异,同源性为99.92%。将基因序列翻译为氨基酸序列进行比对,同样有一个碱基的差异,一致性为99%。构建了原核表达载体PET30a–hemA,经诱导,该基因能够在E.coli BL21（DE3）中进行高效表达,经SDS电泳检验,得到50kD的特异性蛋白条带,与期望的分子量大小一致。