中国是一个农业大国，粮食播种面积和粮食年产量位居世界前三。在粮食进行精加工过程中随之产生了大量的大宗副产物，这些粮食加工副产物是一类可再生的、廉价的生物质资源。然而，这些副产物常常没有得到高值化利用，是对资源的巨大浪费。通过延长产业加工链、提高粮食加工副产物的综合利用效率、形成高效绿色的转化模式对生物经济的发展具有重大意义。　　不同来源的生物质在结构和化学组成上存在的差异较大，而为了适应环境和合理的利用资源，不同微生物在进化过程中形成了不同的底物降解偏好性。因此在认识底物的结构单元组成的基础上，全面、系统地分析微生物对粮食加工副产物的降解潜能和胞外酶系组成，可以提高生物质的转化效率、优化生物质转化工艺。本文主要研究了四种丝状真菌和一种好氧细菌对粮食加工副产物的降解转化，并通过基因组、蛋白质组和代谢组学系统地研究了降解过程中主要的糖苷水解酶和中间代谢产物的动态变化，取得以下主要研究结果:　　1.比较了荧光辅助糖电泳、薄层层析和离子色谱三种分析技术，构建了粮食加工副产物单糖结构单元的组分分析和定量分析的方法。　　粮食加工副产物成分复杂，并且不同来源的生物质的多糖组成具有明显差异。为了确定生物质原料中主要的单糖结构单元，我们将底物通过稀酸水解后的上清液分别利用荧光辅助糖电泳、薄层层析和离子色谱进行了检测和分析。研究发现，荧光辅助糖电泳可以分析不同单糖和寡糖的相对变化趋势，但是只能检测具有还原端的糖组分，并且对于分子量或带电荷相同的糖组分难以达到有效分离，因此，不能对水解后的底物进行分离鉴定。而薄层层析技术虽然能对不同的单糖组分加以颜色区分，但是对颜色相近或迁移率相近的糖组分也无法进行有效分离鉴定，此外，该方法也难以对各种糖组分进行相对定量的分析。而离子色谱方法可以对生物质中常见的7种单糖组分进行分离，并可以通过各组分下的峰面积进行相对定量，可以用于确定复杂底物的单糖结构单元。离子色谱方法可以分析复杂底物的组分组成差异，为后续实验过程中底物的复配与优化奠定了基础。　　2.分析了四种重要的工业生产菌株对豆皮和豆渣的降解利用差异，发现黑曲霉能够在以此为底物的培养基中分泌木质纤维素降解的全酶系，具有完全降解豆皮与豆渣的潜能。　　利用豆皮和豆渣为底物对黑曲霉、草酸青霉、里氏木霉和嗜热毛壳菌进行固体发酵，并对其发酵产物的时间进程产物谱的动态变化进行分析。实验结果表明，与其它三种真菌相比，黑曲霉在以豆皮和豆渣为底物时降解效率最高，胞外酶系分泌时间最早，内切纤维素酶和木聚糖酶活性也较高。而利用荧光辅助糖电泳四种真菌发酵产物进行分析发现，随着时间的增加，黑曲霉可以将豆皮和豆渣中的多糖降解为单糖。而草酸青霉和里氏木霉不能完全降解豆皮和豆渣，120h的产物中还依然有大量寡糖的积累。这表明草酸青霉和里氏木霉分泌的胞外木质纤维素降解酶系不全，豆皮和豆渣中的有些组分无法进行彻底降解，需要额外添加其它酶类才能实现生物质的高效彻底降解。对不同微生物对粮食加工副产物降解利用的偏好性的认识，有助于指导相关的工业应用。　　3.分析了不同粮食加工副产物诱导黑曲霉胞外酶系组成差异，确定了麸皮与豆渣混合物为底物，可以诱导黑曲霉分泌最优胞外酶系。　　本研究利用整合功能组学技术分析了豆渣、豆皮、玉米皮、麸皮及其混合物诱导黑曲霉分泌酶系的组成及其功能特性。通过分析黑曲霉的基因组发现，黑曲霉具有较为完整的木质纤维素降解酶系,更偏好于降解双子叶植物的生物质。然而实验结果表明，麸皮中由阿拉伯糖、木糖和葡萄糖组成的寡糖和单糖是高效诱导黑曲霉产多种酶系的诱导剂。黑曲霉在麸皮上比以豆皮、豆渣和玉米皮为底物的培养基上相比可以分泌更多种类的葡萄糖苷酶(GHs)和蛋白酶。将麸皮和豆渣混合后，豆渣可以为黑曲霉胞外蛋白的分泌提供充足氮源，因此黑曲霉在以麸皮与豆渣混合培养基上生长可以分泌提高1倍的蛋白产量，产酶时间缩短24h以上，且所产的胞外糖苷水解酶和蛋白酶系稳定表达的全酶系。对黑曲霉在不同粮食加工副产物下胞外酶系组成差异的分析，为工业中酶系复配和酶制剂生产提供了一定的技术平台和理论依据。　　4.分析了不同处理方法降解豌豆渣的产物谱，发现豌豆渣蛋白含量丰富且多糖组成简单，是一种可用于生产菌制剂和动物饲料添加剂的廉价底物。　　通过分析不同微生物和酶液降解豌豆渣的时间进程产物谱，探究了以豌豆渣为底物生产动物饲料添加剂的可行性。研究结果表明，由于豌豆渣蛋白含量丰富且多糖组成简单，黑曲霉在以豌豆渣为底物进行固体发酵时，主要的胞外酶系在48h就可诱导表达并保持稳定。因此豌豆渣是一种适合黑曲霉快速生长的底物。不同酶液酶解豌豆渣的时间进程产物谱结果表明，豌豆渣经简单降解后可以产生大量的单糖和寡糖。单一的酶组分降解豌豆渣的主要产物是寡糖，而复杂酶组分降解豌豆渣的前期会有大量寡糖的产生，而随着时间的延长，终产物多为单糖和二糖。不同的酶制剂对豌豆渣的降解产物具有差异，可根据动物的生长阶段选择合适的酶制剂种类和酶解时间。　　5.通过超微结构和蛋白质组学技术探明了生孢噬纤维粘菌降解结晶纤维素的机制，发现生孢噬纤维粘菌通过菌体接触式利用外膜纤维素酶降解结晶纤维素。　　结晶纤维素是粮食加工副产物生物质中最难降解的部分。生孢噬纤维粘菌是一株高效降解结晶纤维素的菌株，以其对预处理玉米芯进行降解处理120h时，玉米芯中的结晶纤维素的降解效率为80％，与热纤梭菌的降解效率几乎一致。检测分析发现，生孢噬纤维粘菌的胞外内切纤维素酶和木聚糖酶的酶活都非常低。对底物的超微结构检测分析显示，生孢噬纤维粘菌由表及里地降解纤维素，降解后的纤维素结晶度并不发生改变。生孢噬纤维粘菌可分泌胞外粘多糖，其主要由半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和鼠李糖组成，并呈网状分布在菌体周围，帮助菌体粘附在底物表面。将底物表面的菌体、蛋白和多糖清洗干净后，发现菌体作用于纤维素底物后在纤维素表面留下直径约为350nm的沟壑，并使得表面的微纤丝发生断裂。通过对生孢噬纤维粘菌基因组和蛋白质组的分析发现，该菌主要产生GH5和GH9家族的内切纤维素酶，不含有外切纤维素酶，且这些内切纤维素酶大多数位于菌体的外膜上。因此，可推测生孢噬纤维粘菌通过分泌胞外粘多糖使得菌体周围外膜蛋白可更紧密结合于纤维素表面，从而完成纤维素的高效降解。该菌株这种新降解模式的发现可以为生物联合生物加工工艺(CBP)提供新的策略和方向。