海藻糖能够在逆性环境中保护生物大分子,被广泛的应用于医药、化妆品、食品、农作物育种等领域。非细胞生物合成体系可以通过体外游离酶催化来实现复杂的生化反应,目前已被用于生物能源、食品、生化产品和保健品的低成本生物制造行业。作为农业、工业和森林残余物的纤维素占世界上存在的总生物质的大部分,利用纤维素合成高附加值的产品可以缓解环境恶化,提高经济和社会发展可持续性。本研究构建了一条以纤维素为底物合成海藻糖的反应途径,实现了海藻糖的非细胞生物合成。其主要研究结果如下:1.利用Path Comp和Metabolic Route Explorer搜索引擎以纤维素为起始底物,海藻糖为终产物,对反应途径进行模拟预测,筛选出一条反应途径。纤维素通过内切葡聚糖酶（EG）和纤维二糖水解酶（CBH）水解成纤维二糖,纤维二糖在纤维二糖磷酸化酶（CBP）的磷解成葡萄糖和葡萄糖-1-磷酸、之后在海藻糖磷酸化酶（TP）的作用下合成海藻糖。2.反应体系中酶元件通过大肠杆菌异源表达及诱导条件优化,利用亲和层析获得了纯化的酶蛋白。测得EG、CBH、CBP、TP的比活性分别为0.09、0.08、0.55、0.69 U/mg。3.探讨了途径中间体纤维二糖到海藻糖的合成,并优化反应条件,确定了最佳反应温度为40℃,p H为6;磷酸根离子浓度为20 m M,纤维二糖磷酸化酶与海藻糖磷酸化酶的酶活添加比例为2:1,经过优化后,纤维二糖合成海藻糖的转化率达到53.2%。4.研究了纤维素到海藻糖的非细胞生物合成体系,并对反应体系中酶的添加量进行了优化。在1 m L反应体系中,初始底物无定形纤维素10 g/L,酶的添加量分别为0.015 U内切葡聚糖酶、0.015 U纤维二糖水解酶、0.15 U纤维二糖磷酸化酶、0.1U海藻糖磷酸化酶,反应48h后,海藻糖产量达到3.9g/L,转化率为0.39 g/g纤维素。