【正文】 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。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)。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。噸乙醇用酶成本從2000元以上降到800元以下。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。發(fā)表SCI論文3545篇；申請發(fā)明專利58項。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合酶活性進一步提高的新重組復合酶系。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，并闡明其生物學功能。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。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功能分析。選育得到多株高效利用纖維水解全糖組分的菌株，并解析其代謝機制；解析不同發(fā)酵策略引起微生物胞內(nèi)輔酶水平變化的分子機制及其與生產(chǎn)效率之間的關(guān)系；建立多套纖維水解全糖組分轉(zhuǎn)化利用的系統(tǒng)，分析菌體生長與產(chǎn)物代謝合成的瓶頸。解析戊糖代謝機理和抗逆性代謝，利用轉(zhuǎn)錄組學和代謝流向技術(shù)分析菌株性狀改變的機制和代謝節(jié)點，并進行輔酶工程的初步研究；建立利用纖維水解全糖組分的系統(tǒng)或者體系，并注重體系的協(xié)同效應(yīng)和高效轉(zhuǎn)化。對獲得纖維素酶新基因進行定向進化改造，將其在纖維素酶生產(chǎn)菌株中進行高效表達，分析基因工程菌所產(chǎn)纖維素酶對木質(zhì)纖維素降解能力的提高。發(fā)表論文3545篇，專著12本。闡明木質(zhì)纖維素原料的微纖絲與其它主要結(jié)構(gòu)成分（木素和非纖維素類的多糖）的相互關(guān)系；揭示生物質(zhì)在各種條件預處理過程中的物理和化學變化規(guī)律；篩選到纖維素酶新基因1030個；確定35個影響纖維素酶高效表達調(diào)控新基因的生物學功能，揭示其參與纖維素酶合成代謝調(diào)控分子機制；發(fā)現(xiàn)23個絲狀真菌纖維素酶合成、修飾、分泌過程中受不同誘導條件調(diào)控的關(guān)鍵新基因；獲得12種高效降解木質(zhì)纖維素的復合酶系。解析纖維小體的酶空間集群排列；進行腳架蛋白的設(shè)計及制備；分析不同株系絲狀真菌、好氧細菌、厭氧細菌纖維素降解相關(guān)基因在不同誘導和阻遏條件下、不同時期表達水平和動態(tài)變化，考察差異基因?qū)w維素酶合成的影響，系統(tǒng)闡述多種不同生物的纖維素降解策略。第二年測定纖維素的超微結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)性質(zhì)；利用纖維素晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，構(gòu)建寡糖、纖維素微纖絲及其聚集體的結(jié)構(gòu)模型。獲得高溫厭氧纖維素高效降解細菌1～5株，建立不可培養(yǎng)微生物的篩選策略。研究絲狀真菌纖維素酶合成以及分泌過程中的關(guān)鍵因子，鑒定纖維素酶合成、分泌、修飾的結(jié)構(gòu)基因或調(diào)控基因。 預處理、生化反應(yīng)和產(chǎn)物分離過程的節(jié)能和酶循環(huán)利用：為代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高耗能濃縮生物燃料蒸餾法，致力于將有機溶劑和水有效分離的新型材料的基礎(chǔ)研究，力圖開發(fā)省能源、可連續(xù)式生產(chǎn)的新型膜分離技術(shù)；研究新型酶載體，開發(fā)纖維素酶回收技術(shù)，通過纖維素酶的再循環(huán)利用，降低酶的成本； 物料的全轉(zhuǎn)化與高值產(chǎn)品的多樣化：發(fā)展新的過程耦合技術(shù)和集成系統(tǒng)；優(yōu)化預處理酶解糖化雜多糖發(fā)酵過程，通過高效發(fā)酵與代謝流控制產(chǎn)生多種高值化工產(chǎn)品。 非均相酶解發(fā)酵過程的優(yōu)化控制：考慮非均相酶解過程的主要特點，包括纖維素原料的特點（結(jié)晶度、聚合度、粘度）、纖維質(zhì)原料對纖維素酶的吸附（特別是木素對纖維素酶的不可逆失活吸附）等酶解性能與發(fā)酵性能之間的定量關(guān)系，分析溫度、酶用量、底物濃度控制策略。 建立利用纖維水解全糖組分的系統(tǒng)或者體系，并注重體系的協(xié)同效應(yīng)和高值轉(zhuǎn)化利用。利用系統(tǒng)性擾動與高通量的分析技術(shù)（如各種組學技術(shù)），結(jié)合代謝網(wǎng)絡(luò)的定量調(diào)控和計算機模擬技術(shù)，對菌株抗逆性能機制進行研究。2. 微生物遺傳操作體系的建立根據(jù)微生物的遺傳特性，利用基因工程技術(shù)，建立或改進其分子操作體系，為菌株的遺傳改造提供高效的技術(shù)平臺。利用微生物分子生態(tài)手段，追蹤產(chǎn)纖維小體梭菌在混合培養(yǎng)體系中的動態(tài)分布；研究纖維小體與木質(zhì)纖維素的相互作用；解析纖維小體在木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化過程中的功能，從而解析基于纖維小體產(chǎn)生菌生物強化的木質(zhì)纖維素高效降解及轉(zhuǎn)化的機理。（C. thermocellum）LQR1進行遺傳改造，設(shè)計高溫厭氧細菌混合培養(yǎng)或熱纖梭菌超級工程菌產(chǎn)乙醇的CBP路線。：廣泛篩選各種互補性酶組分， 在底物特異性、抗逆性、催化活性、功能互補性等方面尋求最佳酶組合，充分發(fā)揮纖維小體固有的協(xié)同效應(yīng)。對關(guān)鍵蛋白或復合體進行三維結(jié)構(gòu)解析，從分子水平分析結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系。分析包括不可純培養(yǎng)細菌在內(nèi)的高溫厭氧纖維素降解細菌群落中纖維素降解相關(guān)基因的分布、豐度、可能的協(xié)作及進化關(guān)系。3. 真菌纖維素酶合成代謝調(diào)控的改造及纖維素酶系的優(yōu)化重構(gòu)選育高分泌表達菌株；結(jié)合相關(guān)蛋白運輸分泌蛋白的轉(zhuǎn)錄表達分析，探詢纖維素酶的高分泌機制。分析特定環(huán)境高效酶解體系的多樣性與結(jié)構(gòu)組成，從中尋找能促進提高現(xiàn)有酶系催化水解效率的新酶、非酶蛋白質(zhì)或非蛋白因子，并獲得新酶或非酶蛋白因子的克隆表達；在深入研究闡述這些新降解因子在特殊環(huán)境中木質(zhì)纖維素高效酶解過程中作用機制的基礎(chǔ)上，從中篩選和發(fā)現(xiàn)新的高效、耐逆、適合工業(yè)要求的促纖維質(zhì)降解因子。2. 天然纖維素降解的多樣性分析。3．預處理過程中降解屏障的解構(gòu)過程及其優(yōu)化研究預處理技術(shù)對降解屏障的影響，建立高效打開酶分子通道的可行方案?？偟募夹g(shù)途徑可以用下圖表示：天然超分子結(jié)構(gòu)分析抗降解性研究預處理樣品結(jié)構(gòu)分析酶解過程構(gòu)效關(guān)系酶系重構(gòu)研究降解機理研究代謝工程改造代謝網(wǎng)絡(luò)分析糖化、發(fā)酵工程技術(shù)研究酶系合成調(diào)控研究天然植物生物質(zhì)預處理的木質(zhì)纖維素材料纖維水解糖過程耦合集成代謝工程菌株纖維降解酶非酶降解因子高效降解酶系纖維素降解微生物發(fā)酵微生物燃料與化學品3) 創(chuàng)新點與特色： （1）提出木質(zhì)纖維素的抗降解性是生物質(zhì)難以高效轉(zhuǎn)化的核心問題，從納米尺度和生物降解角度來研究木質(zhì)纖維素超分子結(jié)構(gòu)；（2）深入研究生物質(zhì)的微生物降解的多樣性，尋找新的生物降解因子，設(shè)計出高效的復合生物催化劑；（3）使用分子生物學改造相關(guān)的產(chǎn)酶和發(fā)酵微生物，設(shè)計和構(gòu)建工程微生物，實現(xiàn)全糖定向生物轉(zhuǎn)化為生物基產(chǎn)品，并使應(yīng)用生物轉(zhuǎn)化過程的成本及投資明顯降低；（4）完成木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的優(yōu)化、耦合和系統(tǒng)集成，為生物質(zhì)綜合生物煉制產(chǎn)業(yè)的建立構(gòu)建理