肉桂醇是一种天然的植物次生代谢产物,在工业、医疗领域具有较好的市场需求。目前,主要通过提取法和化学合成法制备肉桂醇。相对而言,提取法成本高、分离困难;化学法合成肉桂醇虽然工艺成熟,但存在反应条件剧烈、环境负担大等问题;生物法作为潜在的合成手段,具有绿色、环保、成本低、特异性高等优点,是具有良好发展前景的肉桂醇制备途径。近年来,肉桂醇的生物合成开始受到关注,但研究尚处于起步阶段。本文围绕全细胞催化L-苯丙氨酸合成肉桂醇展开研究。通过基因挖掘、酶学性质分析、催化活性比较,挖掘和筛选肉桂醇合成途径相关酶,构建重组微生物菌株,结合全细胞催化条件优化、限制性因素分析及两相催化策略,实现以L-苯丙氨酸为底物高效制备肉桂醇。主要研究结果如下:（1）根据毛果杨（Populus trichocarpa）基因组注释信息,挖掘筛选苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因,研究不同重组PtrPAL的酶学性质,并应用于全细胞催化合成肉桂酸。通过生物信息学分析,从毛果杨的5种PtrPAL中筛选出PtrPAL3和PtrPAL4进行进一步研究。结果显示,PtrPAL3和PtrPAL4酶学性质接近,最适温度分别是55℃和60℃,最适pH分别是8.5和8.0,比酶活分别为3.36 U/mg和3.38 U/mg,且均具有微弱的酪氨酸解氨酶活力。动力学分析表明,PtrPAL3对L-苯丙氨酸的亲和力更高,且受产物肉桂酸的抑制作用相对较弱。将过表达Ptrpal3基因的E.coli BLP3应用于L-苯丙氨酸脱氨生产肉桂酸,全细胞催化7 h后合成了104.97 mM（15.55 g/L）。（2）基于植物单木醇生物合成途径,挖掘筛选毛果杨对香豆酰辅酶A连接酶（4CL）和肉桂酰辅酶A还原酶（CCR）基因,构建肉桂醇生物合成菌株,建立全细胞催化肉桂酸还原合成肉桂醇的体系。首先,通过生物信息学分析,从17种毛果杨Ptr4CL中筛选出Ptr4CL4、Ptr4CL5和Ptr4CL7进行进一步研究。其中,仅Ptr4CL4、Ptr4CL5能在E.coli中异源表达。酶学性质分析显示,Ptr4CL4和Ptr4CL5的最适pH分别为7.0、7.5,最适温度均为30℃,Ptr4CL5催化肉桂酸的Vmax是Ptr4CL4的2.38倍,更适合用于肉桂醇生物合成途径的构建。然后,挖掘筛选毛果杨Ptrccr2和Ptrccr17作为候选基因,分别与Ptr4cl5共表达于E.coli。全细胞催化结果表明,仅PtrCCR2具有肉桂酰CoA催化活性。最后,优化全细胞催化肉桂酸还原合成肉桂醇的反应条件。在30℃、pH 7.5、OD600 30、辅助底物葡萄糖17 mM条件下反应3 h后,E.coli BL4C-1全细胞催化8.5 mM肉桂酸还原,合成了4.70 mM肉桂醇,选择性为90.5%。（3）基于微生物还原途径建立高效肉桂醇生物合成体系,探究肉桂醇生物合成的限制性因素,实现双相催化合成肉桂醇。构建共表达诺卡氏菌来源羧酸还原酶（CAR）和枯草芽孢杆菌磷酸泛酰巯基乙胺基磷酸转移酶（SFP）基因的E.coli BLCS-1,并应用于全细胞催化。结果显示,该途径具有更高的肉桂醇生物合成能力,在最优条件下肉桂醇产量最高达到7.43 mM,得率为92.0%。然而,严重的产物抑制成为限制E.coli BLCS-1全细胞催化合成肉桂醇的关键因素。采用邻苯二甲酸二丁酯为有机相,构建的两相体系有效解除了产物抑制,在相体积比为0.4、初始水相肉桂酸浓度为17.4 mM条件下反应6 h后,肉桂酸被全部转化,产量较单相催化提高了106.4%。将E.coli BLP3催化肉桂酸合成与两相体系催化肉桂酸还原耦合,反应8 h后成功以0.06 mmol L-苯丙氨酸为底物合成0.049mmol肉桂醇,产率为81.7%。此外,该工艺能原位浓缩分离肉桂醇,反应结束后油相肉桂醇浓度达到38.23 mM（5.13 g/L）,纯度为92.9%。