木质纤维素是生物质能源的重要表现形式,具有储量丰富,可持续再生,环境友好等特点。植物细胞壁坚固的抗降解屏障是限制木质纤维素高效转化利用的关键因子。阿魏酸是半纤维素分子之间以及半纤维素与木质素分子之间共价交联的桥梁,在植物细胞壁复杂的高分子网络结构形成中起关键作用,从而阻碍降解酶对细胞壁的降解。微生物源的阿魏酸酯酶基因在植物中的表达可以有效提高细胞壁的降解转化效率,但常温酶在植物生长发育过程中表达酶活性,对宿主细胞生长发育有干扰和毒害作用。本文采用热纤梭菌来源的嗜热阿魏酸酯酶基因进行遗传转化,实现植物生长发育安全和细胞壁易降解转化的双重目标,其主要研究成果如下:1)为提高FAE酶在植物细胞内的表达效率,首先优化了该基因的密码子,替换稀有密码子,提高GC%等。分别构建了该嗜热FAE基因在细胞质、质外体、内质网、叶绿体和线粒体中定位表达的一系列重组基因植物表达载体pBINPLUS-ImpactVectors-FAEx。2)通过农杆菌介导的方法遗传转化拟南芥,采用PCR的方法筛选鉴定转基因拟南芥植株,成功筛选到FAE1(胞质表达)、FAE2(质外体表达)、FAE4(叶绿体表达)和FAE5(线粒体表达)的拟南芥转基因系分别为5株、6株、4株、7株。3)对现有的芒草再生培养体系进行了优化,建立了一套完整且高效的芒草离体培养再生体系。以此为基础,通过农杆菌介导法将嗜热阿魏酸酯酶重组基因导入芒草中,经PCR鉴定,获得了5个不同转基因系的芒草植株。4)分析比较了转基因和野生型拟南芥的花期、株高、种子百粒重、鲜重和含水量等农艺性状。结果显示,FAE1转基因系及FAE2转基因系的开花时间与野生型植株无明显差异,而FAE4和FAE5转基因系的开花时间与野生型之间存在显著性差异,开花期分别提前6天和10天;各转基因系的株高、全株鲜重、种子重量与野生型相比也均无明显差异,但FAE5转基因系生物质的含水量与野生型相比有显著差异。5)采用HPLC法测定不同转基因株系和野生型株系的重组嗜热FAE酶活性和木质纤维素生物质降解转化效率,结果显示,嗜热阿魏酸酯酶在以上不同转基因株系中均有表达,并且嗜热阿魏酸酯酶在70℃的酶活性远高于25℃,在胞质表达的转基因植株中酶表达量最高,达1152.23U/mg。不同预处理强度和不同水解温度下,表达嗜热FAE酶的转基因植株生物质的还原性单糖产率均显著高于野生型对照,而且经70℃下预处理后的还原单糖产率显著高于25℃下的。特别的,在胞质中表达嗜热FAE酶时,在不同预处理强度下均可以获得最高的还原性单糖产量,介于49.55%~79.53%,是野生型对照的2.55~2.75倍。