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木聚糖是农业废弃物（例如麦麸、甘蔗渣和玉米芯等）中半纤维素的主要成分,约占地球上可再生生物质能源的三分之一。将木聚糖转化为具有高附加值的低聚木糖、木糖醇和燃料等具有重要经济效益和环境效益。而木聚糖的有效转化依赖于木聚糖酶。同时,木聚糖酶可作为饲料添加剂、生物漂白剂和食品添加剂等广泛用于饲料、造纸和食品工业。因此,发掘新型的木聚糖酶,对于生物质能的绿色转化及饲料、食品生物技术产业的发展具有重要意义。本研究对高产木聚糖酶真菌Fusarium sp.21的产酶特点进行了分析;对其中部分木聚糖酶进行了重组表达、酶学性质表征及结构功能关系探索;进而结合酶学性质,对酶的应用范围和应用潜力进行了评价;最后,为了进一步提高酶应用潜力,对酶进行了体外定向进化和固定化研究,以期提高酶的催化效率与热稳定性。取得的主要结果如下:（1）Fusarium sp.21所产胞外酶以木聚糖酶为主,以及微量的纤维素酶、木糖苷酶、葡萄糖苷酶和阿拉伯糖苷酶。胞外木聚糖酶能够水解玉米芯粉、甘蔗渣和谷壳等生物质产生低聚木糖（DP≥2）,且对甘蔗渣的转化效率尤其突出。酶谱分析表明Fusarium sp.21的胞外木聚糖酶具有多样性。基因组测序与分析表明,Fusarium sp.21可能含有7个木聚糖酶基因,编码的氨基酸序列相似性较低,在系统发育上关联不密切。（2）Fusarium sp.21 GH11家族的3个木聚糖酶基因xyn11a、xyn11b和xyn11c在E.coli BL21（DE3）中成功表达。Xyn11A、Xyn11B和Xyn11C具有不同的催化特性。Xyn11A和Xyn11B在pH6.0、45℃时具有最高活性,而Xyn11C在pH5.0和45℃时活性最高。Xyn11A、Xyn11B和Xyn11C具有较好的pH稳定性,其中Xyn11C的pH稳定性更为突出,经pH2.0-10.5缓冲液处理24h后仍具有80%以上的残余活性。Xyn11A水解不可溶的、侧链多的玉米芯木聚糖活性更高,而Xyn11B和Xyn11C对侧链少的榉木木聚糖的活性更高。Xyn11A、Xyn11B和Xyn11C水解榉木木聚糖的产物主要是木二糖和木三糖。比较3个木聚糖酶对农业废弃物的转化和果汁澄清作用,发现Xyn11A水解农业废弃物产生的低聚木糖最多;而Xyn11C对果汁的澄清效率最高。（3）为了探索酶学性质差异性的分子机制,本研究对3种木聚糖酶进行同源建模和分子动力学模拟分析。3种木聚糖酶具有相似的“果冻卷”空间结构,但酶蛋白与底物木六糖的结合空腔略有不同。在-3亚位点附近,Xyn11B存在特殊的N端序列（Thr27Gln28Pro29Thr30）增加酶与底物的相互作用,有助于提高酶的活性;同时活性中心附近有更多的芳香族氨基酸,有助于提高Xyn11B的热稳定性。Xyn11A“拇指”区的氨基酸残基D149/G150/I151/Q152在-2亚位点不会造成位阻效应,有助于带有支链木聚糖的结合;而Xyn11B相应位置的氨基酸残基E151/G152/N153/K154会产生空间位阻效应,不能容纳木聚糖的侧链基团阿拉伯糖。（4）为了进一步提高Xyn11B的催化效率,本研究对Xyn11B定向进化,筛选到高活性突变体Xyn11 BQ125T/K182A,其催化效率kcat/Km是野生型的2.24倍,最适反应pH为5.5。构建Xyn11BQ125T、Xyn111BK182A和Xyn11BK182E单突变体研究Q125和K182对Xyn11B的影响。Xyn11BQ125T的kcat/Km是野生型的1.63倍,最适反应pH和最适温度与野生型一致。Xyn11BK182A和Xyn11BK182E最适反应pH为5.5,在酸性条件下更稳定。对突变体同源建模发现Q125位于+2和+3亚位点附近,Q突变成T后氢键减少,T125所在的无规卷曲灵活性更大,有利于+2、+3亚位点与底物的结合和产物的释放;K182位于α螺旋的一端,K突变成A或E后引起酶蛋白表面离解度改变,从而影响酶的pH稳定性。（5）采用有机-Cu3（PO4）2杂化纳米花技术和以氨基乙基-琼脂糖为载体共价结合法固定Xyn11A,固定化酶Xyn11A-Cu3（PO4）2和Xyn11A-Agarose的pH稳定性和热稳定性均有所提高,特别是Xyn11A-Agarose的pH稳定性和热稳定性更好。Xyn11A-Cu3（PO4）2循环使用6轮后,酶活下降至初始酶活的30%,而Xyn11A-Agarose循环使用12轮后,仍有90%的残余活性。Xyn11A-Cu3（PO4）2水解甘蔗渣和玉米芯粉生成的低聚木糖（DP2-6）中木二糖和木三糖含量最高,木四糖含量最低;而Xyn11A-Agarose 催化生成的不同低聚木糖含量相当。Xyn11A-Agarose 的稳定性和重复性优于Xyn11A-Cu3（PO4）2,表明Xyn11A-Agarose在生产低聚木糖中具有更大应用潜力。