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本文以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）CEN.PK2-1C为研究对象，异源表达了源于植物的单环单萜柠檬烯合成酶（Limonene synthase）及无环单萜香叶醇合成酶（Geraniol synthase），并对单萜合成机理进行了推论。通过改造酿酒酵母甲羟戊酸（Mevalonate, MVA）途径，单萜香叶醇的产量从0.68mg/L提高到了44.13mg/L。研究发现，宿主对单萜的耐受程度较低成为限制单萜产量进一步提高的瓶颈。本文研究了酿酒酵母耐受单萜的机理，为构建一株高单萜耐受性的酵母菌株提供研究依据。主要研究成果如下：1)与单环单萜不同，无环单萜香叶醇合成酶可以直接在酿酒酵母内表达并生成0.47mg/L香叶醇，密码子优化后的香叶醇合成酶具有更高的香叶醇合成效率。在酿酒酵母内表达单环单萜柠檬烯合成酶不能生产柠檬烯，共表达橙花基焦磷酸（Neryldiphosphate, NPP）合成酶与柠檬烯合成酶后实现单环单萜柠檬烯合成酶在酿酒酵母内的表达。共表达NPP合成酶与香叶醇合成酶导致香叶醇产量下降,证实了NPP为单环单萜的合成底物，香叶基焦磷酸（Geranyl diphosphate, GPP）是无环单萜的合成底物。基于此，本研究推论了单萜新的合成机制。2)通过对酿酒酵母体内甲羟戊酸途径及丙酮酸脱氢酶途径关键限速节点的调控，单萜产量从0.68mg/L提高至15.81mg/L。通过过量表达突变后的法尼基焦磷酸（Farnesyldiphosphate, FPP）合成酶编码基因(ERG20K197R)，香叶醇产量提高至37.86mg/L。另外，通过过量表达tRNA合成过程中的转录负调控因子编码基因MAF1，单萜产量进一步提高至44.13mg/L。3)单萜产量的进一步提高受制于宿主对单萜有限的耐受性。为了为构建高单萜耐受性的酵母菌株提供研究方向，本研究通过转录组学分析了酿酒酵母的耐受机制。数据分析表明：在单萜胁迫条件下，酿酒酵母提高了在能量代谢、NADPH再生、抗氧化系统、DNA修复等相关基因在转录水平的表达。同时，编码细胞膜合成相关的基因在表达水平明显上调，表明酿酒酵母提高了其细胞膜合成能力以应对单萜胁迫。此外，胞内调控氧化还原平衡的相关基因在转录水平上调预示着细胞可能经历氧胁迫。4)外源麦角固醇能够显著提高酿酒酵母单萜胁迫下的存活能力，研究证实了外源麦角固醇有利于修复单萜胁迫造成的细胞膜功能损伤。定量PCR证实了外源麦角固醇提高了宿主自身编码麦角固醇合成基因在转录水平的表达量。此外，研究证实酿酒酵母单萜耐受能力与胞内麦角固醇含量呈正相关关系。5)通过研究单萜处理酿酒酵母前后的生理变化，提出并证实了单萜诱发的活性氧（Reactive oxygen species, ROS）胁迫是造成酿酒酵母菌体凋亡的主要因素。本文从酿酒酵母自身抗氧化机制出发研究并证实，胞内酶系及非酶系抗氧化保护系统在单萜胁迫条件下被激活。同时，胞内调控氧化还原平衡的重要辅因子NADPH的含量增加。定量PCR证实，酿酒酵母胞内酶系、非酶系氧化系统及NADPH再生的基因在单萜胁迫下明显上调。