木质纤维素是最有潜力的可再生资源之一,然而其复杂的网状结构使之难以被高效酶解和利用。裂解性多糖单加氧酶（LPMOs）可有效氧化裂解纤维素的结晶区,是目前最具应用前景的木质纤维素降解辅助蛋白。半理性设计和定向进化已成功用于改善生物催化剂的许多应用条件。本论文在已挖掘到的黑曲霉AA9家族LPMO（An LPMO15g）基本催化特性研究的基础上,以提高其活性和稳定性为目的对该酶进行设计改造,研究优势突变蛋白的酶学特性、结构功能及协同降解纤维素的能力,为木质纤维素生物质的低成本生物转化提供理论依据。通过易错PCR构建编码An LPMO15g的基因突变文库,筛选获得酶活提高的有义突变体An LPMO15g-Ep3,其水解微晶纤维素时酶活较野生型提高了70.65%,且温度适应性和55℃下的热稳定性均优于野生型。测序及结构功能分析发现Ep3酶活增加是催化域中苏氨酸突变为脯氨酸后有助于反平行β折叠片的形成,使蛋白质的“刚性”结构更加稳定。将有义突变体Ep3与纤维素酶共同作用于微晶纤维素和CMC时,还原糖产量分别提高了119.13%和33.59%;作用于稻草粉和玉米芯时分别提高了161.28%和63.01%。利用Chou-Fasman法选择突变位点,将第293和351位的丝氨酸和半胱氨酸均突变为苯丙氨酸,分别获得突变酶An LPMO15g-M293和An LPMO15g-M351。突变酶水解微晶纤维素还原糖得率较An LPMO15g分别提高了82.95%和42.04%。酶学特性分析发现突变酶在温度适应性和55℃下的热稳定均发生了不同程度的提高。通过结构和动力学分析,α-螺旋含量的增加提高了与底物的结合能力,使其能更好的催化底物水解。将M293和M351协同纤维素酶分别作用于微晶纤维素、CMC、草粉和玉米芯时,还原糖得率最多可提高145.13%和180.83%。将有义突变酶水解微晶纤维素和滤纸后,利用SEM和FT-IR表征手段观察纤维素底物表明改造酶使其结构和表面形貌发生了变化。改造后的酶在一定程度加强破坏了分子内氢键,而且使底物表面变得粗糙多孔。对毕赤酵母重组菌株摇瓶发酵工艺条件进行优化,比较了诱导期单一碳源与双碳源（甲醇-甘露醇）补料策略,发现在28℃下甲醇-甘露醇混合补料更有利于提高An LPMO15g的表达。当甘露醇的添加量为20g/L表达量最高达到2.32 g/L,较甲醇单一碳源诱导表达提高了50.65%。