随着资源、能源和环境危机的日益凸显，将丰富的木质纤维原料转化为单糖，进而用于生产化学品、能源和材料等正受到人们的普遍关注。在该过程中，纤维原料的高效酶法水解是关键，因而成为国内外研究的热点。本文首先综述了纤维原料降解系统和降解过程的研究进展及存在问题，随后通过生物信息学分析、双向电泳、分子克隆和数值模拟等手段对里氏木霉QM9414的纤维降解体系和降解行为进行了较为全面的研究，旨在掌握影响里氏木霉QM9414纤维降解体系性能的关键因素，为今后的工业应用提供理论依据。　　 本文的主要技术创新及理论成果如下：　　 从全基因组角度系统分析了里氏木霉QM9414中的功能蛋白质组，利用生物信息学手段挖掘里氏木霉QM9414体系所有与纤维降解相关的所有蛋白，并在此基础上进行了基因组定位、细胞定位、结构域功能预测等方面的分析研究工作。结果显示，有38个蛋白与纤维降解有关，其中34个纤维素酶和半纤维素酶包括内切葡聚糖酶10个，外切葡聚糖酶2个，木聚糖酶5个，甘露聚糖酶3个，β-葡萄糖苷酶12个和2个β-木糖苷酶。其中12条未见报道，15个蛋白含有保守性极高的CBM1结构域。它们的编码序列分散在基因组23个测序片断上。细胞定位的结果表明所有直接作用于不溶性底物的蛋白均为胞外蛋白，而作用于溶解性相对较强的葡萄糖苷酶和木糖苷酶却胞内和胞外两种形式并存。　　 将双向电泳技术成功应用在里氏木霉QM9414分泌蛋白分析中，共获得142个分离比较清晰的蛋白斑点，并以双向电泳方法考察了不同碳源诱导下里氏木霉QM9414分泌组的差异。通过分泌蛋白谱变化监测纤维降解关键蛋白的表达，尚未见有类似文献报道。　　 通过RT-PCR技术进行重要基因的获取，结果发现诱导72 h时，与纤维降解相关的基因转录水平较高。同时得到6条特异性的DNA条带，对应的编码蛋白为EGⅠ、EGⅡ、Cel12A、CBHⅠ、EGV和XYNⅡ。所有这些基因均包含分泌信号肽、糖基化位点和糖苷水解酶结构域特征编码序列。其中EGⅠ、EGⅡ、CBHⅠ和XYNⅡ与Genebank公布数据略有差异。　　 将里氏木霉QM9414 EGⅠ、EGⅡ、Cel12A、EGV和XYNⅡ基因分别整合到毕赤酵母GS115上，获得重组毕赤酵母菌株GS115/EGⅠ、GS115/EGⅡ、GS115/Cel12A、GS115/EGV和GS115/XYNⅡ。分泌表达实验表明，除GS115/EGⅡ外，GS115/EGⅠ、GS115/Cel12A、GS115/EGV均发现有纤维降解活力，GS115/XYNⅡ有较高的木聚糖酶活。重组GS115/EGⅠ、GS115/Cell2A和GS115/EGV的纤维素酶活分别为91 U·L-1，15.2 U·L-1和52.3 U·L-1。　　 对GS115/XYNⅡ进行诱导和摇瓶表达优化，结果发现在甲醇浓度为1.0％，诱导表达48 h时，酶活达到1508 U·L-1。在此基础上实现了重组毕赤酵母的高密度发酵。从摇瓶到发酵罐培养，毕赤酵母GS115/XYNⅡ细胞生长量提高了约50倍，分泌蛋白表达量提高了26倍，重组内切木聚糖酶酶活高达125000 U·L-1。　　 通过研究重组蛋白的性质和CMC活力，结果发现不同重组纤维素酶和半纤维素酶在水解性能上的差异主要体现在主要水解产物的不同。从而证实里氏木霉分泌体系的复杂化对于纤维素降解过程是必须的。　　 以纸浆为碳源，分别考察里氏木霉不同培养时期滤纸酶活、CMC活力和β-葡萄糖苷酶活的变化情况，结果发现滤纸酶活和CMC活力同时产生，但β-葡萄糖苷酶活比较滞后。提出里氏木霉分泌体系可以简化为两个无相关性的表观酶，即具有降解高分子多糖的酶(Ec)和降解可溶性低聚寡糖的β-葡萄糖苷酶(EB)。　　 基于上述假设，建立了纤维降解的动力学模型。该模型将所催化的纤维降解反应可简化为两步反应，即纤维原料首先通过Ec降解为可溶性低聚寡糖，为非均相反应；随后低聚寡糖被EB降解为葡萄糖，为均相反应。该模型包括吸附缩核子模型、水解反应集总动力学模型和酶失活动力学模型。利用已建立的水解综合数学模型，采用多响应加权最小二乘法和高斯-牛顿优化法获得模型参数，并对纤维降解过程进行数值模拟，结果发现总体模拟结果与实验值基本吻合。　　 最后，建立了“酶解-分离-酸解”耦合优化新工艺。首先，一次酶解24 h后固液分离将纤维素酶解渣不加酶继续水解24 h获得的总还原糖得率达到97.60％，高于一次水解48 h的转化率7.5个百分点。所得到的酶解液主要含有葡萄糖、纤维二糖和少量的纤维三糖，随后采用酸处理将其中的寡糖全部转化为葡萄糖。该工艺与添加β-葡萄糖苷酶法相比，葡萄糖得率可从86.78％提高到91％，且不增加酶耗，环境友好，具有良好的产业前景。