第1章 深入研究生物质抗降解屏障与生物转化的困难是当前的挑战 1
1.1现代木质纤维素的生物炼制 1
1.2生物质抗降解屏障 1
1.3植物在抵御微生物侵袭与酶解过程中的演化／演变 1
1.4生物质降解的相关酶类工作效率达到最大了吗 2
1.5化学预处理仍是暴露细胞壁纤维素的有效方法 2
1.6细胞壁糖类的发酵：系统／合成生物学时代 3
参考文献 4
第2章 生物炼制 5
2.1引言 5
2.2第Ⅲ代生物炼制——木质纤维素的生物炼制 7
2.2.1原料 8
2.2.2生化转化 11
2.3热化学生物炼制 15
2.3.1概述 15
2.3.2实现经济可行性的研发 16
2.4高级生物炼制 17
2.4.1高级大吨位原料供给系统 17
2.4.2研究系统生物学以改进工艺 18
2.4.3利用特定传热技术改进热化学工艺 20
2.4.4技术集成、规模经济和工艺优化的演化 21
参考文献 21
第3章 能源作物——玉米的细胞壁解剖结构及超微结构 24
3.1引言 24
3.2细胞壁解剖结构 24
3.2.1植物组织 24
3.3细胞壁的合成及分子结构 26
3.3.1生物合成 26
3.3.2细胞壁片层（cell wall lamellae） 27
3.3.3宏纤丝与基元纤丝 28
3.3.4微纤丝 28
3.3.5纤维素 29
3.3.6基质聚合物 30
3.4用于表征细胞壁结构的新技术 30
3.4.1原子力显微镜 30
3.4.2生物光子和非线性显微镜 30
3.4.3单分子方法 31
3.4.4计算机模拟 32
3.5小结 32
参考文献 33
第4章 植物细胞壁的化学和分子结构 38
4.1引言 38
4.2细胞壁聚合物化学 39
4.2.1细胞壁多糖化学 39
4.2.2细胞壁蛋白质化学 43
4.3细胞壁聚合物的分子缔合 44
4.3.1细胞壁聚合物的非共价相互作用 44
4.3.2细胞壁聚合物的共价作用 44
4.3.3细胞壁聚合物间共价交联阻碍多糖的利用 48
4.4植物细胞壁的分子架构 49
4.4.1初生壁 49
4.4.2木质化的次生壁 50
4.5不同细胞壁的酶解过程 52
参考文献 52
第5章 细胞壁多糖的合成 61
5.1引言 61
5.2纤维素 62
5.2.1酶学 64
5.2.2纤维素沉积 65
5.2.3纤维素合成酶的调节 66
5.3半纤维素 67
5.3.1甘露聚糖 68
5.3.2木葡聚糖 68
5.3.3木聚糖 70
5.3.4混合糖苷键葡聚糖 71
5.4果胶物质 72
5.4.1果胶合成场所 74
5.4.2合成果胶的糖基转移酶 74
5.4.3甲基转移酶 77
5.4.4乙酰基转移酶 77
5.4.5其它果胶修饰酶 77
5.4.6同聚半乳糖醛酸合成 78
5.4.7木糖半乳糖醛酸聚糖的合成 82
5.4.8芹菜糖半乳糖醛酸聚糖的合成 82
5.4.9鼠李糖半乳糖醛酸聚糖Ⅱ （RG-Ⅱ）的合成 83
5.4.10鼠李糖半乳糖醛酸聚糖Ⅰ （RG-Ⅰ）的合成 84
5.5细胞壁合成的细胞生物学及其区域化 88
5.6核苷酸糖 88
5.6.1发酵过程与核苷酸糖：悠久的研究历史 90
5.6.2糖激酶：NDP-糖合成的焦磷酸化酶途径 90
5.6.3 NDP-糖的直接合成 90
5.6.4 NDP-糖的相互转换途径 90
5.6.5 SLOPPY, UDP-糖通用的焦磷酸化酶 90
5.6.6 UDP-α-D-葡萄糖（UDP-Glc） 92
5.6.7 ADP-α-D-葡萄糖（ADP-Glc） 93
5.6.8 UDP-α-D-半乳糖（UDP-Gal） 94
5.6.9 UDP-L-鼠李糖（UDP-Rha） 95
5.6.10 UDP-α-D-葡萄糖醛酸（UDP-GlcA） 95
5.6.11 UDP-α-D-半乳糖醛酸（UDP-GalA） 97
5.6.12 UDP-α-D-木糖（UDP-Xyl） 98
5.6.13 UDP-D-芹菜糖（UDP-Api） 98
5.6.14 UDP-L-阿拉伯吡喃糖（UDP-Ara） 98
5.6.15 UDP-阿拉伯呋喃糖（UDP-Ara f ） 99
5.6.16 GDP-α-D-甘露糖（GDP-Man） 99
5.6.17 GDP-β-L-岩藻糖（GDP-Fuc） 99
5.6.18 GDP-β-L-半乳糖（GDP-Gal）, GDP-β-L-古洛糖（GDP-Gul） 100
5.6.19 CMP-β-KDO （CMP-KDO） 100
5.6.20参与NDP-糖代谢的其它酶类 100
5.6.21今后的问题与方向 101
5.7展望 103
参考文献 103
第6章 植物细胞壁纤维素结构 128
6.1引言 128
6.2背景 128
6.3纤维素微纤丝 129
6.3.1分子模建 131
6.3.2拉曼光谱 134
6.3.3聚集体模式的变化 136
6.4解决结晶问题的新方法 139
参考文献 139
第7章 木质素：一个21世纪的挑战 142
7.1木质素：从水生到陆生生物演化的分子基础及作用 142
7.2维管束结构发育过程中木质素代谢途径的进化、木质素沉积及功能 146
7.2.1维管植物的多样性及木质化 146
7.2.2心材及应力（应压／应拉）木材组织 150
7.3木质素单体的生物合成前体、最新进展及其代谢流分析 151
7.3.1苯丙氨酸的合成 151
7.3.2代谢流分析及木质素单体途径的转录谱 152
7.3.3苯丙氨酸及酪氨酸的解氨酶 152
7.3.4细胞色素P-450s及羟基肉桂酰CoA：莽草酸／奎宁酸羟基肉桂酰基转移酶 153
7.3.5 4-香豆酰CoA连接酶（4CL） 154
7.3.6肉桂酰CoA还原酶及肉桂醇脱氢酶 154
7.3.7 COMTs及CCOMTs 154
7.3.8木质素单体代谢途径中生理／生化功能尚不清楚的蛋白：“CAD1”与“芥子醇脱氢酶SAD” 156
7.4最新进展：拟南芥中木质素单体／木质素形成途径的代谢网络及目前数据库的注释／限制——机遇与挑战 157
7.5木质素分析中的固有难点：关键问题及迫切需求 158
7.5.1木质素分离程序 158
7.5.2木质素亚基及木质素结构的NMR谱分析 159
7.5.3木质素含量的确定、木质素降解方法及人工脱氢聚合物 159
7.6在木质素模板聚合过程中木质素单体途径及过氧化物酶步骤的调节对维管结构和有限底物简并性的影响 162
7.6.1 PAL、 C4H、 pC3H、 HCT及4CL的下调／突变 163
7.6.2 CCR、 CAD、 F5 H和COMT下调与突变，以及木质素单体自由基生成之谜 170
7.6.3转录控制下次生壁纤维的形成：对木质化及维管完整性的影响 178
7.7天然木质素大分子的结构 179
7.7.1早期研究：木质素的Freudenberg（随机偶合）和Forss（有规律重复单位）模型 179
7.7.2木质素结构模型进一步细化（20世纪70年代至今）：重新评估 181
7.7.3全新开端：全面准确地确定天然木质素大分子构象 182
7.8展望：木质素大分子组装／构型、木质素复制模板及细胞壁的全合成研究中仍然存在的问题 190
参考文献 191
第8章 研究纤维素水解的计算方法 208
8.1引言 208
8.2分子力学 208
8.2.1力场方程 209
8.2.2原子间相互作用势能（interatomic potentials） 209
8.2.3非键作用的截断距离与长程静电相互作用 211
8.2.4分子模型的类型 211
8.3力场 212
8.3.1糖力场 212
8.3.2溶剂化模型 213
8.4分子动力学 213
8.4.1动力学方法 213
8.4.2有限差分法 214
8.4.3体系大小的限制 214
8.4.4量子力学／分子动力学 214
8.5分析方法 215
8.6增强取样和自由能方法 215
8.6.1自由能方法 216
8.7纤维素水解研究 218
8.7.1工作进展 218
8.7.2结构和水解研究中所遇问题的解决方法 218
8.8纤维素模拟的现状和未来 218
8.8.1当前进展 219
8.9未来相关研究 219
参考文献 220
第9章 木糖及木糖低聚物在酸预处理中的降解机制 224
9.1背景 224
9.2计算技术 225
9.2.1分子动力学模拟 225
9.2.2静态电子结构理论 226
9.3真空中的木糖降解反应 226
9.4水分子的溶剂化效应 229
9.5木二糖计算 230
9.6水解反应的实验研究 232
9.7木二糖的水解 232
9.8木聚糖的水解 233
9.9玉米秸秆的水解 234
9.10结论 234
9.11下一步研究 235
参考文献 235
第10章 酶对植物细胞壁半纤维素的解聚作用 238
10.1引言 238
10.2半纤维素酶的类型、活性以及专一性 240
10.3解聚酶 243
10.3.1木聚糖酶 243
10.3.2甘露聚糖酶 243
10.3.3 β-葡聚糖酶 244
10.3.4木葡聚糖酶 244
10.4脱支酶（辅助酶） 245
10.4.1 α-葡萄糖醛酸酶 245
10.4.2 α-阿拉伯糖苷酶 245
10.4.3 α-D-半乳糖苷酶 245
10.4.4乙酰木聚糖酯酶 245
10.4.5阿魏酸酯酶 246
10.5生物质原料所需的半纤维素酶活性 246
10.5.1木聚糖 246
10.5.2半乳葡甘露聚糖和葡甘露聚糖 247
10.5.3阿拉伯半乳聚糖、木葡聚糖和β-葡聚糖 248
10.6可溶化的半纤维素的水解 248
参考文献 249
第11章 好氧微生物的纤维素酶系统 254
11.1引言 254
11.2认识纤维素酶 254
11.3纤维素酶的多样性 255
11.4纤维素结合结构域 257
11.5纤维素酶的协同作用 258
11.6瑞氏木霉的纤维素酶系统 258
11.7其它真菌的纤维素酶 259
11.8产纤维素酶的好氧细菌 259
11.9展望 262
参考文献 262
第12章 瘤胃和大肠中厌氧微生物的纤维素酶系统 268
12.1引言 268
12.2瘤胃中分解纤维素和半纤维素的细菌 268
12.2.1黄色瘤胃球菌 268
12.2.2其它与梭菌属有关的厌氧细菌 270
12.3参与植物细胞壁降解的真核微生物 271
12.3.1瘤胃真菌 271
12.3.2瘤胃原生动物 271
12.4来自环境基因组学的信息 272
12.5大肠中的菌群 272
12.6总结 273
参考文献 273
第13章 纤维小体：细菌克服生物质抗降解性的策略 278
13.1引言 278
13.2纤维小体的概念 279
13.3纤维小体上的糖活性酶类 281
13.4纤维小体-纤维素相互作用 283
13.5纤维小体在细胞膜上的分布 284
13.6纤维小体对抗降解纤维素底物的攻击 284
13.7热纤梭菌纤维小体降解纤维素的过程 287
13.8纤维小体的理性设计 287
参考文献 289
第14章 预处理提高原料降解效率 297
14.1引言 297
14.2酶的应用及酶法预处理 297
14.3对预处理过程特性的期望 298
14.4预处理物料影响纤维素降解效率的物化性质 298
14.5底物预处理方法 299
14.5.1物理方法预处理 299
14.5.2快速降压预处理 300
14.5.3自水解预处理 300
14.5.4酸处理 301
14.5.5碱性预处理 301
14.5.6溶剂预处理 302
14.5.7超临界流体预处理 303
14.5.8氧化预处理 303
14.5.9生物预处理 303
14.6前景与展望 303
参考文献 305
第15章 认识生物质降解群落 309
15.1引言 309
15.2生物质降解群落的界定 310
15.2.1与植物生物质有关的真菌 311
15.2.2与植物生物质有关的细菌 312
15.3腐生真菌与细菌间的相互作用 314
15.4降解生物质微生物群落的表征 315
15.4.1界定生物质降解群落的生物化学方法 315
15.4.2界定生物质降解群落的分子方法 316
15.4.3适合生物质样品的微阵列方法 318
15.5结论 319
参考文献 320
第16章 新一代生物质转化：统合生物工艺 326
16.1引言 326
16.2统合生物工艺 327
16.3 CBP研究进展 328
16.3.1天然分解纤维素的微生物 328
16.3.2纤维素分解重组策略 330
16.4未来的研究方向 331
参考文献 331
索引 336