【正文】 響原料酶解和發(fā)酵性能抑制物關(guān)鍵因子的成分、種類，并確定其臨界含量。建立難培養(yǎng)微生物分離培養(yǎng)方法，從瘤胃、白蟻后腸中分離新型高效降解纖維素的微生物，構(gòu)建新型高效纖維素降解微生物基因組文庫，篩選新的纖維素降解酶，對已篩選到非酶新降解因子進行生物學(xué)功能分析。探討斜臥青霉纖維素酶合成、修飾、分泌過程中多個關(guān)鍵基因的相互影響。利用定向進化、定點突變等技術(shù)構(gòu)建各種突變株，考察其纖維素酶生產(chǎn)能力的差異。將具備協(xié)同作用的蛋白（酶）在絲狀真菌中進行異源表達，考察重構(gòu)后復(fù)合酶系的水解效率，并通過調(diào)節(jié)不同蛋白組分的比例，進一步優(yōu)化復(fù)合酶系的水解效率。對纖維小體關(guān)鍵功能酶的性能進行優(yōu)化改造，改善底物譜、抗逆性及催化效率。研究梭菌混合發(fā)酵產(chǎn)乙醇體系，篩選及優(yōu)化混和培養(yǎng)菌株；研究人工菌群在糖轉(zhuǎn)化、中間代謝的代謝流相互作用，構(gòu)建人工菌群代謝網(wǎng)絡(luò)模型，解析混合菌群的關(guān)鍵代謝調(diào)控節(jié)點，研究人工菌群中糖代謝對纖維素降解的解抑制及其緩釋提高產(chǎn)氫菌產(chǎn)氫得率的機理和方法?？疾炀甏x流量及代謝網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化規(guī)律，剖析選育過程中目的產(chǎn)物發(fā)酵關(guān)鍵代謝網(wǎng)絡(luò)的變化與調(diào)控規(guī)律，選育獲得生產(chǎn)性狀優(yōu)良的菌株；解決氧化還原不平衡問題，優(yōu)化代謝途徑。開展非均相酶解與發(fā)酵過程的優(yōu)化控制，木質(zhì)纖維素降解轉(zhuǎn)化過程放大的工程學(xué)基礎(chǔ)研究，預(yù)處理體系與生物煉制聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的綜合評價，預(yù)處理、同步糖化與發(fā)酵和產(chǎn)物分離過程的節(jié)能和酶再生利用，物料的全轉(zhuǎn)化與高值產(chǎn)品的多樣化定義出木質(zhì)纖維素初級結(jié)構(gòu)，闡明不同纖維素晶態(tài)的能量分布以及該層次的結(jié)構(gòu)特征對高一級結(jié)構(gòu)的影響；歸納出預(yù)處理影響原料酶解效率的關(guān)鍵因子。從瘤胃、白蟻腸道、熱泉分離難培養(yǎng)纖維素高效降解微生物23個，建立23個纖維素高效降解微生物的基因組文庫，篩選獲得纖維素酶新基因2030個，鑒定出12個相關(guān)功能非酶新降解因子，并闡明其生物學(xué)功能。構(gòu)建絲狀真菌中調(diào)控纖維素酶合成、修飾、分泌過程的代謝網(wǎng)絡(luò)圖。解析斜臥青霉纖維素酶合成的誘導(dǎo)或阻遏分子機制。從分子機理角度提出構(gòu)建絲狀真菌纖維素酶高產(chǎn)菌株的方法。構(gòu)建各種纖維素酶分子可調(diào)控表達的突變株，獲得纖維素和半纖維素水解復(fù)合酶活性進一步提高的新重組復(fù)合酶系。獲得性能改良的纖維小體亞基；；構(gòu)建人工菌群代謝網(wǎng)絡(luò)模型，闡釋異菌間代謝流相互作用規(guī)律； 解除關(guān)鍵抑制因子對菌體生長與產(chǎn)物代謝合成的抑制，提高菌體的生產(chǎn)性能；建立基于輔酶調(diào)控的重要平臺化合物的生物合成策略。完成對溫度、酶用量、底物濃度等參數(shù)的調(diào)控對過程進行優(yōu)化控制，并在不同反應(yīng)器規(guī)模下對優(yōu)化控制策略進行測試；完成復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)與酶反應(yīng)體系的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)模型，實現(xiàn)過程的強化和放大過程的有效調(diào)控。完成對基于Aspen plus平臺上的生物煉制全轉(zhuǎn)化過程模型化與優(yōu)化；完成新型分離材料和方法研究，開發(fā)節(jié)能、連續(xù)式的新型分離技術(shù)；建立完整的微型全過程集成平臺和測試實例。發(fā)表SCI論文3545篇；申請發(fā)明專利58項。第五年構(gòu)建纖維素超分子結(jié)構(gòu)與木質(zhì)纖維素原料生物解聚的定量構(gòu)效關(guān)系，并基于定向進化、定點突變等新技術(shù)提高酶組分的活力；并探討預(yù)處理過程中發(fā)酵抑制物的生成動力學(xué)，建立針對不同發(fā)酵菌種和產(chǎn)品的預(yù)處理抑制物去除方法；對不同預(yù)處理方式（包括組合預(yù)處理方式）進行經(jīng)濟成本分析，及其綜合評價；研究分析纖維素酶持續(xù)性催化結(jié)晶纖維素的動態(tài)學(xué)，開展纖維素酶合成生物學(xué)研究，人工組合纖維素酶系的研究，對已篩選到新纖維素酶進行多樣性和催化特性深入分析；探索研究哈氏嗜纖維菌參與木霉纖維素酶對結(jié)晶纖維素降解的協(xié)同作用。構(gòu)建絲狀真菌可生產(chǎn)新型復(fù)合酶系的纖維素酶高產(chǎn)基因工程菌，并優(yōu)化它們的纖維素酶生產(chǎn)工藝。構(gòu)建評價新復(fù)合酶系對不同天然底物的水解效率。挖掘新的纖維素降解輔助因子，分析其在降解纖維素過程中的作用及對不同底物降解促進機制；針對不同底物優(yōu)化最小人工纖維小體，并進行大規(guī)模制備。進行CBP發(fā)酵產(chǎn)乙醇的工藝優(yōu)化；設(shè)計玉米秸稈同步糖化發(fā)酵制氫反應(yīng)器，進行高效人工菌群的反應(yīng)器運行實驗，對反應(yīng)器參數(shù)調(diào)控及反應(yīng)器系統(tǒng)進行優(yōu)化；在已獲得優(yōu)良生產(chǎn)菌株的基礎(chǔ)上，以纖維水解全糖組分為原料，綜合利用氧化還原電位調(diào)節(jié)等發(fā)酵調(diào)控手段，進一步提高目的產(chǎn)物的收率和生產(chǎn)強度；在此基礎(chǔ)上，建立能直接利用纖維素水解液中全部糖類來發(fā)酵生產(chǎn)目的產(chǎn)品（乙醇、丁醇、丁二酸、PHA、乳酸等）的生產(chǎn)體系。完成預(yù)處理體系與生物煉制聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的綜合評價，預(yù)處理、同步糖化與發(fā)酵和產(chǎn)物分離過程的節(jié)能和酶再生利用，物料的全轉(zhuǎn)化與高值產(chǎn)品的多樣化。建立不同預(yù)處理方式下的抑制物生成動力學(xué)；提出23種新的高效、低能耗、少抑制物的預(yù)處理方案；建立含80100個不同來源、不同催化特性的纖維素酶酶庫，獲得3株新的降解效率高的纖維素酶產(chǎn)生菌株，獲得降解效率高的人工組合纖維素酶系；構(gòu)建出高產(chǎn)高效纖維素降解酶系的基因工程菌23株，使酶解轉(zhuǎn)化率大于90%。噸乙醇用酶成本從2000元以上降到800元以下。闡明復(fù)雜纖維素降解體系中不同組分的協(xié)同作用機制；獲得2到3種針對不同底物優(yōu)化的最小人工纖維小體，并實現(xiàn)制備放大，使纖維素酶解轉(zhuǎn)化率大于90%； 的CBP纖維素乙醇發(fā)酵的最優(yōu)條件，噸乙醇酶解成本降低50％。構(gòu)建出同步糖化發(fā)酵制氫反應(yīng)器系統(tǒng)，實現(xiàn)其快速啟動及穩(wěn)定運行,最終氫得率2mol氫氣/mol已糖以上；獲得能直接利用纖維素水解液中全部糖類來發(fā)酵生產(chǎn)液體燃料和大宗化學(xué)品（乙醇、琥珀酸、乳酸、聚羥基丁酸等）的抗逆代謝工程菌株 35 株，并建立高效的生產(chǎn)體系，為生物煉制技術(shù)產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。建立木質(zhì)纖維素降解過程全流程生物煉制微型工廠(MiniPlant)評價系統(tǒng)，對成本、能耗、廢棄物排放的潛在污染影響等進行綜合評價。完成新型酶或細胞載體研究，開發(fā)基于統(tǒng)合生物工藝(CBP)的纖維素酶再生技術(shù)，實現(xiàn)纖維素酶的再生利用。實現(xiàn)纖維質(zhì)原料的全轉(zhuǎn)化和多種高值化學(xué)品的生物煉制新工藝。發(fā)表SCI論文3545篇；申請發(fā)明專利58項。一、研究內(nèi)容圍繞三個關(guān)鍵科學(xué)問題開展研究工作（1）纖維素類生物質(zhì)是如何抗生物降解的：抗生物降解的多層次屏障包括纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、纖維素與半纖維素和木素組合形成的異質(zhì)高聚物、復(fù)雜的細胞壁多層結(jié)構(gòu)等。從生物降解轉(zhuǎn)化的角度，來深入研究這一系列抗降解屏障的特性，尋求破解之道，是實現(xiàn)生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。（2）微生物是如何攻擊植物的抗降解屏障的：在長期自然進化中，微生物形成了攻擊植物生物質(zhì)抗降解屏障的多酶組分系統(tǒng)代謝策略。深入研究微生物降解木質(zhì)纖維素的機理、多樣性以及酶系合成調(diào)控，特別是其攻擊纖維素結(jié)晶結(jié)構(gòu)的途徑，解析降解所需復(fù)雜酶系的組成和合成調(diào)控，是提高生物催化劑效率的前提。（3）破解抗性屏障和提高轉(zhuǎn)化效率的可能途徑；分子和系統(tǒng)生物學(xué)研究的快速發(fā)展為生物系統(tǒng)的定向設(shè)計與改造提供了可能。通過設(shè)計和改造微生物及其降解和轉(zhuǎn)化酶系，開展過程導(dǎo)向的酶分子優(yōu)化改造，結(jié)合相關(guān)化工技術(shù)的研究，探討利用生物技術(shù)和物理、化學(xué)手段破解抗降解屏障的新途徑，有望集成和設(shè)計出新的環(huán)境友好、效益可行的生物煉制方案。19 / 19