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L-精氨酸（L-arginine，L-Arg）是合成细胞浆蛋白、核蛋白和肌酸的重要前体，同时也是人和动物体内一种半必需碱性氨基酸。随着对L-Arg功能研究的不断深入，L-Arg已经被广泛应用到食品、医药和化妆品领域，因此其市场需求量在不断增加。微生物发酵是L-Arg生产的主要来源，为适应市场发展需要，近年来对L-Arg高产菌株的研究渐渐成为热点。 本文以钝齿棒杆菌诱变菌为试验菌株，首先采用摇瓶发酵的方式，研究了培养基组分（碳源、有机氮源、无机氮源及无机盐离子）及发酵培养条件（温度、接种量、初始pH及发酵液体积）对菌种产L-Arg产量的影响。结果表明，该菌产L-Arg发酵培养基的最佳组分为：葡萄糖12％、硫酸铵4.5%、玉米浆2.5%、KH2PO40.005%、MgSO4·7H2O0.01%、FeCl3·6H2O0.01%、MnSO4·H2O0.05%及碳酸钙3%；最佳发酵条件是：培养温度为30℃、接种量为10%、初始pH为7.0及装液量为15mL/250mL。该菌以最优条件发酵，L-Arg的产量较基础培养基提高27.7%，达到了11.23g/L。 其次，采用无痕敲除技术敲除了编码丝氨酸生物合成支路的serB基因(编码磷酸丝氨酸磷酸酶)。发酵实验结果表明，无论有无添加丝氨酸，serB缺失型菌株的生长及葡萄糖的利用均严重的下降，且L-Arg产量也受到显著的影响。发酵120h后L-Arg的产量从原始菌株的8.84±0.032g/L分别下降到了1.69±0.120g/L（0mmol L-Ser添加），2.30±0.032g/L（1mmol L-Ser添加），2.48±0.015g/L（10mmol L-Ser添加）。 此外，为了提高烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate,NADPH）含量，本研究进一步敲除了编码葡萄糖旁路（Gluconate Bypass,GB）中的关键酶葡萄糖脱氢酶（Glucose Behydrogenase,GDH）的三个同工酶基因Cgl0286，Cgl2134及Cgl2674。实验结果表明，三个编码GDH的同工酶基因的缺失，细胞内NADPH的含量分别提高了27.4%，29.4%及7.80%。为了提高菌株利用NADPH合成L-Arg的能力，本研究同时采用基因取代方法过表达精氨酸生物合成途径中利用NADPH的关键酶基因argC。通过氨基酸自动分析仪分析120h的发酵液中游离氨基酸含量，结果表明双敲除菌株(M4△Cgl213△Cgl2674)、argC过表达的双敲除菌株(M4△Cgl213△Cgl2674::argC)和argC过表达的三敲除菌株（M4Cgl286△Cgl2135△Cgl2674::argC）相比原始菌株，L-Glu、L-Pro，L-Arg含量均有所提高，L-Lys与L-Gly含量有轻微的降低，而L-Cys含量基本没变化；且argC过表达的双敲除菌株（M4△Cgl213△Cgl2674::argC）及三敲菌株（M4△Cgl286△Cgl2135△Cgl2674-::argC）比较双敲除菌株（M4△Cgl213△Cgl2674），发酵液中L-Glu含量均有所降低，而L-Pro、L-Arg含量有所增高。以上结果表明钝齿棒杆菌中argC基因过表达有助于精氨酸合成途径中前体物质L-Glu的利用，并达到提高副产物L-Pro及终产物L-Arg生物合成的效果。