莽草酸在医药领域具有十分重要的研究价值,近年来随着需求量的不断增加,传统商业生产方法由于提取效率低且污染严重,难以满足市场需求,为解决这个问题,本研究利用全细胞催化的方式,制备可应用于工业化的全细胞催化剂,并在质粒和基因组水平上探索、优化重组菌株的表达能力和稳定性,目标构建一种经济高效、环境友好的生物合成莽草酸的工业方法。为解决还原力不足,使莽草酸脱氢酶（Aro E）活性较低,影响3-脱氢莽草酸（DHS）顺利转化的问题,本文引入外源葡萄糖脱氢酶（GDH）构建NADPH再生系统,在大肠杆菌BL21（DE3）中转入含有gdh和aro E基因的表达载体,并使其在异丙基-β-D-硫代半乳糖苷（IPTG）的诱导下过表达,筛选出来自巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）的GDH活性最强。其次,对其催化条件进行初步优化,确定34℃为最适温度,7为最适p H;同时强化质粒稳定,减少发酵过程中抗生素的添加。进一步分析基因表达元件对于蛋白表达和质粒稳定的影响:在双启动子表达载体中,交换关键基因位置,对于aro E基因的活性影响最为显著,相比较位于第一个多克隆位点,aro E在第二个位点时,其酶活力为569.5 U/mg prot,约为前者的8.6倍;而在利用共启动子表达基因时,其表达强度均出现不同程度下降。最后,将优化菌株进行5 L发酵罐的分批补料发酵,对全细胞催化体系进一步放大,在开放式环境中,20 OD/L菌体量,利用1.1 M工业葡萄糖,可将3 L高浓度3-脱氢莽草酸发酵原液2.5 h内全部催化,其转化率高达97%。相对于催化合成,发酵合成具有过程更简单,成本更低廉等优势,因此尝试在基因组上改造大肠杆菌代谢途径。敲除莽草酸激酶（Aro L）,弱化莽草酸激酶（Aro K）的重组菌株,摇瓶发酵SA积累量为1.02 g/L,5 L发酵罐发酵产量为7.74 g/L。为提高Aro E所需还原力,利用不同强度启动子,将gdh整合到基因组中,摇瓶发酵可产SA 1.98 g/L。本研究不仅为解决传统工业生产高能耗、高污染的难题,提供了一种简洁且高效的生物合成方法,还为实现莽草酸的大规模生产奠定了基础。