有机腈是一类重要的化工原料和中间体,以氰基为官能团,易于转化为酰胺、羧酸、氨基等,广泛地应用于医药、农药、香腈香料和高分子材料等生产中。传统的有机腈化学合成方法存在反应条件苛刻、催化剂制备复杂,以及使用剧毒氢氰酸等问题。因此,开发一种绿色高效的有机腈合成技术备受研究者的关注。本文采用基因组探矿策略筛选到一种新型的醛肟脱水酶,构建了正己烷-水双相催化体系与化学肟化反应耦合,以醛为底物高效合成腈类化合物。同时,该反应体系无需分离中间产物,并通过增加底物浓度提高催化反应速率,实现酰胺类衍生物的“一锅法”合成。首先,本文以同源保守片段为基因探针,从NCBI的Gene Bank中筛选到一种源于Pseudomonas putida F1菌属的新型醛肟脱水酶（Oxd F1）。选择共表达载体p RSFDuet-1构建重组质粒p ROxd F1,并转入E.coli细胞中实现功能表达。以3-吡啶醛肟为底物探究重组Oxd F1的酶学性质,其最适反应温度和p H值分别为30℃和7.0。同时,重组Oxd F1表现出优于其他Oxds家族其他成员的热稳定性,其在30℃和35℃下的半衰期分别为3.8 h和46 min。重组Oxd F1在底物谱拓展中体现了广泛的适用性,无论是对脂肪族还是芳香族醛肟都具备很高的催化活力。以3-吡啶醛肟底物,测定重组Oxd F1的米氏常数（Km）和最大反应速率(Vmax),分别为7.13 m M和1.31μmol/（min·mg）蛋白。其次,本文通过探究有机法合成醛肟反应和酶法合成有机腈在不同双相体系中的催化效率,以正己烷-水为双相催化体系,建立化学-酶级联催化模式,实现醛至腈类化合物的高效转化。其中,无论是选取脂肪醛还是芳香醛作为起始底物,该级联法都实现了完全转化,其转化率＞99%。在所有情况下都达到了中等的分离产率,大约在40～70%之间。同时,通过基因工程手段构建重组共表达质粒p ROxd F1-NHase1229,实现醛肟到酰胺的一锅法合成。对于绝大多数芳香族和脂肪族醛类底物,都实现了高效转化,其转化率＞99%,并得到了在35%～70%之间的中等分离产率。进一步,利用发酵罐培育技术对工程菌E.coli p ROxd F1和E.coli p ROxd F1-NHase1229进行扩大培养,并采取分批补料工艺实现苯甲腈或苯甲酰胺的放大制备,其中苯甲腈产物最终浓度达到63.9 g/L,相应催化效率为9.1 g/h/L,而苯甲酰胺产物最终浓度为40.0g/L,其催化速率约为10 g/h/L。催化反应结束时,正己烷足够纯净从而达到循环使用的标准,减少有机溶剂的使用和排放。总之,本文基于基因探矿策略,成功筛选出具有较高催化活力、底物适用范围广泛的新型生物酶制备腈或酰胺。并通过双相反应体系的合理设计,级联了化学和酶法催化,开发了一种绿色高效的腈及酰胺化合物合成方法。该催化模式有望替代传统化学合成腈化学品高污染生产方式,推动化工和制药产业的绿色低碳高质量发展。