木质纤维素酶与生物炼制

第1章　概论——木质纤维素生物降解转化技术的意义、进展与展望

1.1　社会发展过程中的资源、能源、环境问题

1.2　木质纤维素生物降解转化技术的工艺路线和研究进展

1.2.1　植物纤维原料预处理技术

1.2.2　纤维素酶生产技术

1.2.3　乙醇发酵菌株选育和戊糖代谢工程菌构建

1.2.4　纤维素糖化发酵工艺

1.3　纤维素发酵产乙醇技术的产业化

1.3.1　国外纤维素乙醇产业化的进展

1.3.2　国内纤维素乙醇产业化的进展

1.3.3　生物炼制和产物多样化

1.3.4　纤维素资源生物炼制技术的发展战略

1.4　木质纤维素生物降解转化研究中的关键科学难点问题

1.4.1　植物纤维类生物质的抗生物降解性

1.4.2　物理化学预处理仍是暴露细胞壁纤维素的有效方法

1.4.3　木质纤维素生物降解机理和相关酶类的工作效率

1.4.4　微生物攻击天然植物生物质的机理及其多样性和新酶源的发现

1.4.5　真菌降解木质纤维素复杂酶系的解析、合成调控及重组

1.4.6　纤维来源糖类的发酵进入了系统和合成生物学时代

1.5　新一代纤维素降解转化技术的发展思路和研究策略

1.6　实现纤维素生物炼制技术产业化的前景

参考文献

第2章　植物纤维资源的结构及其理化性质

2.1　可再生的木质纤维素资源及分类

2.1.1　木材纤维原料

2.1.2　非木材纤维原料

2.1.3　二次纤维原料

2.2　木质纤维素资源的组织结构层次

2.2.1　植物纤维原料的生物结构

2.2.2　细胞壁的微观结构

2.2.3　主要化学成分在细胞壁中的分布情况

2.3　木质纤维素的组成成分及分析技术

2.3.1　纤维素

2.3.2　半纤维素

2.3.3　木素

2.3.4　次要成分

2.3.5　木质纤维素成分的分析测定技术

2.4　纤维素的结构层次分析及定量测定技术

2.4.1　纤维素的结晶结构

2.4.2　纤维素超分子结构中的氢键

2.4.3　纤维素的细纤维结构

2.4.4　纤维素结构的分析及定量测定技术

2.5　木质纤维素生物质结构的复杂性及其抗降解屏障

参考文献

第3章　降解纤维素的微生物及其酶系

3.1　降解纤维素的微生物

3.1.1　细菌域微生物

3.1.2　古菌域微生物

3.1.3　真核生物域

3.2　微生物的纤维素降解酶系

3.2.1　纤维素酶的催化类别

3.2.2　纤维素酶系的组合形式

3.3　高效降解纤维素微生物的筛选及选育过程

3.3.1　常规方法筛选纤维素酶产生菌

3.3.2　高产纤维素酶生产菌种的选育

3.3.3　基因工程途径构建产纤维素酶高效工程菌

3.3.4　关于耐热纤维素酶的研究

3.3.5　环境基因组与未培养微生物纤维素酶的筛选

3.3.6　环境蛋白质组学及其在寻找新纤维素酶及非酶因子中的应用

3.4　纤维素酶合成的调控机理

3.4.1　诱导机制假设

3.4.2　诱导因子与纤维素酶及半纤维素酶的诱导表达模式

3.4.3　纤维素与半纤维素酶基因的转录调控

3.5　纤维素酶活力测定方法

3.5.1　外切纤维素酶活力测定方法

3.5.2　内切纤维素酶活力测定方法

3.5.3　β葡萄糖苷酶活力测定方法

3.5.4　纤维素酶总活力测定方法

3.5.5　影响酶活力测定的因素与评价技术

参考文献

第4章　纤维素酶类糖苷水解酶及其降解机理

4.1　导言

4.2　纤维素酶系统的组成

4.3　糖苷水解酶家族

4.4　厌氧细菌纤维素酶的结构与功能

4.4.1　纤维小体的一般组装模式

4.4.2　粘连模块与对接模块

4.4.3　纤维小体上的催化模块

4.4.4　碳水化合物结合模块CBM

4.4.5　纤维小体的多样性

4.4.6　纤维小体基因在基因组中的分布规律

4.4.7　微型人造小体的研究进展

4.5　好氧真菌纤维素酶的结构与功能

4.5.1　催化结构域及催化断键机理

4.5.2　纤维素结合结构域的结构与功能

4.5.3　连接区的结构与功能

4.6　纤维素酶持续性降解结晶纤维素的动态催化过程

4.6.1　纤维素酶分子底物之间的结合过程

4.6.2　外切纤维素酶对底物分子的催化断键过程

4.6.3　外切纤维素酶催化降解结晶纤维素的分子内协同模型

4.6.4　外切纤维素酶持续性催化过程动力从何而来

参考文献

第5章　纤维素酶基因及酶系的分子改造与优化

5.1　纤维素酶的分子改造

5.1.1　纤维素酶的理性设计

5.1.2　纤维素酶的定向进化

5.1.3　纤维素酶结构域拼接和结构域工程

5.2　纤维素酶组分的协同作用和酶系改造

5.2.1　纤维素酶系组分的协同作用

5.2.2　纤维素酶系组分的重构与改造

5.3　纤维素酶系表达调控机理与改造

5.3.1　纤维素酶系的表达调控

5.3.2　启动子和信号肽序列的改造

5.3.3　纤维素/半纤维素酶系组分的过表达

5.3.4　纤维素酶表达调控蛋白的修饰与改造

5.4　产酶丝状真菌分子改造的新策略

5.4.1　产酶丝状真菌的基因敲除策略

5.4.2　蛋白质分泌的优化与工程菌的稳定性

5.4.3　全基因组改组提高纤维素酶产量

5.4.4　与丝状真菌蛋白质表达和分泌相关的组学研究

5.4.5　比较基因组学预测纤维素酶/半纤维素酶基因

5.4.6　利用宏基因组学和生物信息学工具发现新的纤维素酶基因

5.4.7　酶系筛选的新策略与新方法

5.5　展望

参考文献

第6章　纤维素原料全糖乙醇发酵菌株选育及改造

6.1　戊糖代谢途径

6.1.1　木糖代谢途径

6.1.2　阿拉伯糖代谢途径

6.2　戊糖发酵微生物的选育

6.2.1　自然界中的戊糖发酵菌种

6.2.2　采用原生质体融合技术选育发酵木糖产乙醇的微生物

6.2.3　代谢工程在戊糖发酵菌种选育上的应用

6.2.4　酿酒酵母戊糖代谢工程改造

6.3　酿酒酵母戊糖代谢工程改造

6.3.1　戊糖的专一性运输

6.3.2　木糖代谢途径的引入

6.3.3　下游代谢途径的改进

6.3.4　氧化还原平衡与有氧呼吸对木糖代谢的影响

6.3.5　阿拉伯糖代谢工程改造

6.4　酿酒酵母戊糖代谢的辅酶工程

6.4.1　辅酶在酵母中的作用及转化形式

6.4.2　木糖利用重组酿酒酵母的辅酶工程

6.5　生物加工过程中的抑制物对酿酒酵母的影响及应对措施

6.5.1　木质纤维素生物加工过程中抑制物的形成、影响及其作用机制

6.5.2　发酵前预处理原料的脱毒

6.5.3　利用进化工程提高菌种对抑制物耐受性

6.5.4　基因工程改造提高酿酒酵母的耐受性

6.5.5　发酵过程控制减少抑制物影响

6.6　酿酒酵母纤维素乙醇统合加工（CBP）的策略及研究进展

6.6.1　影响外源基因在酿酒酵母中表达水平的因素

6.6.2　纤维素酶和半纤维素酶在酿酒酵母中的表达

6.6.3　利用酿酒酵母统合加工纤维素乙醇的策略

参考文献

第7章　原料预处理技术

7.1　稀酸预处理技术

7.1.1　稀酸预处理工艺简介

7.1.2　预处理过程分析

7.1.3　几种原料的稀酸预处理效果

7.1.4　稀酸预处理技术存在的问题

7.2　蒸汽预处理/蒸汽爆碎技术

7.2.1　技术简介

7.2.2　作用过程分析和影响因素

7.2.3　蒸汽预处理/蒸汽爆碎技术的应用效果实例

7.2.4　两段蒸汽预处理

7.2.5　蒸汽爆碎法现存的问题

7.3　低温氨爆处理

7.4　湿氧化法及其他脱木素技术

7.4.1　湿氧化法

7.4.2　碱性预处理技术

7.4.3　氧化脱木素技术

7.4.4　有机溶剂脱木素技术

7.4.5　亚硫酸盐脱木素技术

7.4.6　生物预处理技术

7.5　原料预处理过程中结构变化分析

7.5.1　原料性质和结构变化分析

7.5.2　纤维素性质和结构变化分析

7.5.3　木素性质和结构变化分析

参考文献

第8章　纤维素酶生产和纤维素糖化发酵技术

第9章　木质纤维素资源的生物炼制技术及其前景

参考文献

《木质纤维素降解酶与生物炼制》内容主要包括木质纤维素生物降解转化的意义、进展与展望，植物纤维资源结构及其理化性质，降解纤维素的微生物及其酶系，木质纤维素微生物降解的机理，高效降解菌株和酶系的筛选，纤维素酶分子改造和酶系改造，乙醇发酵菌株选育与改造，原料预处理技术，糖化与发酵生产技术及生产工艺，木质纤维素资源的生物炼制技术等。

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