随着现代化工业的迅猛发展,化石燃料储备逐渐枯竭,全球气候变暖及环境污染等问题日益显著,开发利用清洁且可再生的新能源和替代能源成为当前研究热点。木质纤维素是地球上最丰富的生物质资源和唯一有机碳来源。纤维素和半纤维素是木质纤维素原料类生物质中的两大组分,它们水解所生成的己糖和戊糖进一步脱水后分别生成5-羟甲基糠醛（HMF）和糠醛。由于HMF和糠醛含有醛基、羟甲基、不饱和双键等官能团,性质非常活泼,可以生产大量的下游衍生品,被认为是连接生物质和生物基化学品的重要桥梁。HMF和糠醛的选择性氧化可以生成一系列高附加值的呋喃羧酸,例如HMF醛基选择性氧化产物为5-羟甲基糠酸（HMFCA）,而糠醛醛基氧化的产物为糠酸。HMFCA和糠酸在材料、医药、食品等行业都有广泛的应用价值。化学氧化制备各种呋喃羧酸已经取得较多进展,但却往往存在反应条件苛刻、环境不友好、产物易过度氧化等问题。相较于化学氧化,生物氧化反应条件温和、选择性高、无需有毒溶剂、环境友好。但生物催化呋喃醛选择性氧化合成各种呋喃羧酸的研究尚处于起步阶段。基于此,本论文以一株代谢功能多样的恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）KT2440为生物催化剂,重点研究了其在生物基HMF和糠醛氧化上的应用潜力。首先以P.putida KT2440作为催化剂探究其对HMF定向氧化生成HMFCA的能力,构建并优化了生物催化体系极大提高了HMFCA的产量;其次,考察了P.putida KT2440对糠醛的氧化能力,基于不同诱导剂对胞内相关呋喃醛氧化酶系的诱导效果进一步提高了细胞对糠醛的氧化能力,并以分批补料的方式获得了较高的糠酸产量;最后,为了挖掘P.putida KT2440中行使呋喃醛氧化的相关酶蛋白,通过生物信息学分析结合基因组预测了一系列可能的相关功能蛋白,包括PP3828、PP3310、PP4234、PP4230及PP4231,证明了钼酸盐依赖型的氧化酶/钼酶在P.putida KT2440氧化呋喃醛过程中发挥关键作用。研究结果如下:（1）P.putida KT2440不仅对HMF具有较高的底物耐受性,还可将HMF选择性氧化为HMFCA。在催化体系优化基础上,150 m M的底物浓度内,HMF转化率和HMFCA得率接近100%。当HMF浓度为160 m M时,HMFCA得率为96.9%;当HMF浓度为175m M时,HMFCA得率为81.5%。除了HMF,P.putida KT2440还可以选择性氧化一系列呋喃醛的醛基。（2）P.putida KT2440不仅对糠醛具有较高的底物耐受性,还可将糠醛氧化为糠酸。在细胞增殖的对数中期添加4.5 m M HMF可显著诱导P.putida KT2440胞内呋喃醛氧化相关酶的催化能力;在催化体系优化基础上,以分批补料的方式可生产204 m M糠酸,得率为88.7%。（3）基于生物信息学分析和基因组数据,预测了P.putida KT2440胞内与呋喃醛氧化相关的酶蛋白。通过基因敲除技术,证明钼酸盐转运子对P.putida KT2440氧化呋喃醛必不可少,从而预测钼酸盐依赖型的醛氧化酶是呋喃醛氧化关键酶。在此基础上,预测了两个不同的醛氧化酶基因簇,并验证了它们与P.putida KT2440呋喃醛氧化活力的关系。