环境问题和能源危机是目前人类生存和发展面临的2个最大的威胁。近年来环境问题日趋严重，特别是由于温室效应，地表温度在逐年升高，经研究预测，21 世纪末全球气温将可能升高 4 ℃ ，届时地球将不再适合人类生存。同时伴随着化石资源的日益减少，人类不得不面对能源紧缺的问题。科学家开始寻找出路，一方面以可再生的生物资源代替不可再生的化石资源提供所需的能源，另一方面是资源、能源的高效综合利用。

对于L-鸟氨酸的合成，虽然以生物质为原料的生物合成法相比于传统的化学法有很大的优势，但如果进行大规模生产，原料的获得会存在问题。在当前全球粮食紧缺的大环境下，将生物质用于工业生产，会不可避免地与人争粮，很可能因为政策因素的限制，无法保证原料的持续供应，食品来源的葡萄糖价格昂贵，而纤维素来源获取单糖的技术瓶颈仍未突破；同时，如果氨基酸需求增加带动生物质价格的上涨，对于长期生产开发利用氨基酸也是不利的。针对以上问题，本研究拟开发以甲醇作为原料生产氨基酸的甲醇基生物合成法。

1.1 　单碳化合物与甲醇简介

单碳化合物是指只含有碳碳单键的化合物（如甲烷、甲醛），此类化合物的结构一般相较于其他化合物而言相对简单且来源广泛。甚至很多物质是在工业农业生成中产生的副产物，有些还对人体有害带有毒性，给环境造成很大破坏和严重影响。由于上述原因，这些物质的处理就成为国内外研究者们关心的问题。其中关于甲醇的处理研究，也是全球科学家关注的焦点。

甲醇(CH3OH)是一种有机化合物，是一种非常普通的一元醇类。甲醇本身并没有颜色，并且特别容易被点燃，且较容易挥发。是有机合成原理药品等重要的工业原料。甲醇本身具有非常强的生物可降解性，而这个特点对于生物法处理甲醇非常有利。生物法讲解甲醇不仅能有效解决污染问题，还能在处理污染的同时生产出蛋白质、氨基酸等具有应用价值的物质。所以从上个世纪开始，相关的研究就已经开展。

在这之中，最得到研究者们关注的，并且应用最广泛的是利用甲醇的微生物发酵来生产单细胞蛋白。。微生物在甲醇培养基中，发酵生产甲醇，生产许多单细胞菌体，称为菌体单细胞蛋白，简称SCP。被称为第二代单细胞蛋白的甲醇蛋白，营养价值比市面上的其他产品高出许多，甲醇蛋白其中所含有的粗蛋白的含量甚至高于鱼粉和大豆。甲醇蛋白共含有17中氨基酸，甚至还有动物体本身能无法合成的氨基酸。目前市场上甲醇蛋白大范围应用于动物饲料中。国外的科学家甚至在讨论如何将甲醇蛋白作为人类日常食品的蛋白质添加剂，具有着非常广泛的应用前景。

1.2甲基营养菌简介

甲基营养菌是一种可以利用一碳甲基单位化合物作为碳源和能源来生长的菌株，它们大部分是革兰氏阴性菌。在过去的二三十年，欧美日本等国的科学家对该菌种进行了大量的研究，特别是对于其分离、鉴定及生理学特征进行了许多研究。现在，全世界已经发现了一百多种可以进行甲基利用的菌株。这些微生物可以利用甲醇等其它单碳化合物来做为碳源进行生长，但是微生物本身不能利用甲烷来作为碳源和能源来进行生长。都有一个共同的特点，就是在同化碳源的过程中需要氧化甲醛。微生物利用甲基碳源的能力在在二十世纪以前就已经被研究生发现并广泛研究，但是知道上个世界六七十年代，研究者才对其同化机制有了相对比较详细的了解。

1.3 谷氨酸棒杆菌简介

谷氨酸棒杆菌作为氨基酸行业重要的生产菌，其产品非常广泛，代谢工程相关研究开展普遍。针对不同好氧、厌氧过程进行途径改造，最终提高其氨基酸及有机酸产量的研究也多见报道。串联工艺将单纯的好氧和厌氧发酵有机地结合在一起，从而进一步降低了综合生产的成本，提高了整体的经济效益，为谷氨酸棒杆菌在工业生产中的综合开发利用，乃至微生物发酵工业中生物资源的充分利用提供了一种新的思路。