生物能源作为可持续能源比其他可再生能源（如风能和太阳能）受到更多关注,我国颁布的《“十四五”生物质能源发展规划》指出将新能源产业的重心放在生物质能产业上,并充分开发和利用生物质能提高生物质能源综合利用程度。生物丁醇作为新兴的生物质能源为缓解化石能源不足和保护环境绿色发展问题的新思路。据统计过去几十年来,生物能源的需求增加了四倍。同时,专家预测到2060年时,生物能源将占全球能源的17%以上。然而,通过传统的ABE发酵（丙酮—乙醇—丁醇）法生产生物丁醇存在底物成本高和产溶剂梭菌生产丁醇的产量及得率低等问题使得生物丁醇无法进行大规模生产。本论文基于拜氏梭菌不存在“碳代谢阻遏效应”,选择了拜氏梭菌（Clostridium.Beijerinckii）CC101作为实验菌株。同时考虑到木糖是木质纤维素水解液中含量最高的五碳糖,而C.beijerinckii CC101在利用木糖产丁醇以及转运和代谢木糖的能力等方面存在很大的提升空间。基于此,本文将通过代谢工程技术和基因编辑技术对木糖转运途径、木糖代谢途径和丁醇合成途径中的关键基因进行过表达、敲除或者抑制转录,并对基因进行优化组合,构建出一株能够高效利用木糖产丁醇的菌株。在强化木糖转运策略下成功构建了3株基因工程菌:CC101（thl-Xyl FGH）、CC101（pt b-Xyl T）和CC101（thl-Xyl T）。重组菌株CC101（ptb-Xyl T）是该策略下木糖发酵性能最佳菌株,ABE得率最高为0.41 g/g。木糖浓度提高至55 g/L时,ABE产量提高至14.6 g/L,较对照组提高了23.7%;三株工程菌的共同特点是当木糖底物浓度由25 g/L逐步提高至55 g/L时,木糖消耗量、丙酮产量、丁醇产量以及ABE产量随着木糖底物浓度的提高而提高,而ABE的得率随着木糖浓度的提高而降低。在强化木糖代谢策略下成功构建了2株基因工程菌CC101（Xyl A）和CC101（Xyl A/B）,木糖消耗量增加,丁醇和ABE的产量和得率较野生型菌株均有不同程度的提高。重组菌株CC101（Xyl A/B）木糖发酵性能最佳,ABE得率最高为0.40 g/g。当木糖浓度提高至55 g/L时,ABE产量提高至15.4 g/L,较对照组提高了30.5%;在强化丁醇合成策略下成功构建了6株丁醇合成强化的基因工程菌:CC101（Adh A）、CC101（Adh B）、CC101（Adh E）、CC101（ΔADC）、CC101（ΔADC-Adh E）和CC101（ΔADC-Adh E-Ctf A/B）。重组菌株CC101（Adh B）木糖发酵性能最佳,ABE得率最高为0.40g/g;木糖浓度提高至55 g/L时,ABE产量提高至14.9 g/L,较对照组提高了26.3%,同时发现敲除乙酰乙酸脱羧酶几乎能够完全阻断副产物丙酮的合成,但会导致拜氏梭菌的生长抑制及溶剂合成能力的不同程度的降低。在协同强化木糖代谢和丁醇合成策略下重组菌株CC101（ptb-Xyl A/B-Adh B）的ABE的得率和产量得到进一步强化,该重组菌株的ABE得率保持在0.39-0.40 g/g,比单一强化策略重组菌株的ABE得率更稳定;ABE产量最高可以达到16.5 g/L,较野生菌株提高了一倍!综上,本论文的研究思路是从强化木糖转运、强化木糖代谢、强化丁醇合成三个策略进行实验并且该思路是比较系统全面的。本论文最终利用启动子为ptb且同时将木糖异构酶（Xyl A）、木酮糖激酶（Xyl B）以及醇脱氢酶（Adh B）协同过表达构建拜氏梭菌重组菌株CC101（ptb-Xyl T-Xyl A/B-Adh B）获得了能够高效转运木糖生产丁醇的重组菌株。为实现丁醇工业化生产提供了新思路和有价值的参考依据。