面对着日趋严重的化石能源枯竭、环境污染和温室气体排放等问题，寻求清洁的生物质能源来替代传统的化石燃料成为了能源体系未来革新的必然选择。从丰富的可再生的木质纤维素生产生物乙醇成为了非常有吸引力的能源替代方案。可发酵糖作为重要的中间产物，其获得制约着木质纤维素到生物乙醇整个过程的效率和成本。由木质纤维素到可发酵糖，最大的挑战在于木质纤维生物质的结构顽抗性和使用昂贵的商业化纤维素酶带来的成本过高。而相应的关键技术就是木质纤维素的预处理和生物统合加工技术的实现。本研究通过固体碱、超声和微波辅助离子液体基溶剂预处理木质纤维素和开发细胞表面展示纤维素酶技术，有效地提高了木质纤维素酶水解产可发酵糖效率。本研究的主要内容如下:　　1)固体碱煅烧硅酸钠联合离子液体预处理木质纤维素。使用固体碱催化剂(煅烧Na2SiO3)联合廉价的离子液体1-丁基-3-甲基氯化咪唑([BMIm]Cl)在温和条件下预处理三种木质纤维生物质（云杉、柳木和大豆秸秆），然后对生物质材料进行再生，以提高再生木质纤维素材料的酶水解效率。结果表明，联合Na2SiO3和[BMIm]Cl进行预处理，可以有效脱除生物质原料的木质素和半纤维素组分，降低纤维素的结晶度，从而改善固体生物质在酶水解反应中的可及性，提高其产糖效率。Na2SiO3+[BMIm]Cl联合预处理对柳木和大豆秸秆更有效，而单独的[BMIm]Cl预处理对云杉的效果更好。通过单因素考察，获得柳木预处理和酶水解的最佳条件为Na2SiO3量7.0g/100g IL，预处理时间2.5h，酶混合液上样量0.3FPU/mg生物质，酶水解时间48h。在此条件下，Na2SiO3联合BMIm]Cl预处理后再生柳木的最大酶水解率和葡萄糖产率分别达到98.6％和39.5g葡萄糖/100g生物质，为单独[BMIm]Cl预处理的2.6倍。　　2)超声加微波辅助有机电解液预处理微晶纤维素。通过离子液体[AMIM]Cl和二甲基亚砜以一定比例混合，构建出有机电解液作为新的纤维素溶剂，不仅保留了离子液体对纤维素的溶解能力，也降低了溶剂的粘度和使用成本。使用超声和微波辅助有机电解液对微晶纤维素进行预处理，可以显著提高再生纤维素的酶水解效率。结果表明，有机电解液预处理后，再生纤维素的72h酶水解率提高了4.6倍。在相同的总功率(150W)下，超声加微波的协同比单独的微波辅助效果要好，再生纤维素的72h酶水解率比微晶纤维素分别提高了8.1倍和5.8倍。动力学分析表明，预处理使得纤维素酶水解的初始速率v0提高到26.7倍，速率延迟常数七则降低了82.1％。对超声微波辅助有机电解液预处理纤维素的条件进行正交优化，优化得到的预处理条件为微波功率50W，超声功率100W，有机电解液的摩尔分数0.5，时间110s。来自有机电解液摩尔分数的影响显示为高度显著，超声和微波的功率、预处理时间则在实验范围内对酶水解效率的提升帮助不明显。再生纤维素在微观形貌上显示出细纤维化、表面粗糙以及断裂呈现短棒颗粒状等特征，结晶度降低了34.4％，比表面积增大到15.4倍，聚合度降低了22％，热稳定性也有所降低。　　3)蛋白酶缺失型枯草芽孢杆菌细胞表面展示纤维素酶用于纤维素的酶水解。将蛋白酶缺失型枯草芽孢杆菌作为表面展示宿主菌与LysM作为锚定模块相结合构建新的细胞表面展示系统，评估纤维素酶(Cel8A)在这一新系统的单个细胞表面展示的分子数量、纤维素酶-细胞复合体的酶活力以及对纤维素酶水解产糖的影响。通过敲除11种编码蛋白酶的基因，获得了蛋白酶缺失型枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis BRB14。达到稳定生长期后，Bacillus subtilis BRB14的最大细胞浓度和比生长速率比野生型枯草芽胞杆菌有所降低，但是其表面展示纤维素酶Cel8ALysM的分子数量较野生型提高28倍。Bacillus subtilis BRB14单个细胞表面展示的纤维素酶的酶活和羧甲基纤维素酶水解1h后的葡萄糖产量较野生型提高约28.2倍。考察细胞表面的结合和预处理条件，得到最佳条件:稳定生长期的细胞经5M LiCl溶液和10％三氯乙酸溶液联合预处理后在pH=4、温度4℃、时间30min的条件下在其表面结合并展示纤维素酶Cel8AlysM。所结合的酶分子数量较没有预处理条件下增加了127％，所结合酶分子的酶活和酶水解1h的葡萄糖产量提高至2.3倍。“纤维素酶-细胞复合体”经过72h酶水解仍较稳定，且所结合的酶分子数量变化不明显。