木质纤维素是植物细胞壁的主要成分,是自然界数量最多的可再生物质。业已证明:木质纤维乙醇是理想的汽油添加剂,其转化过程主要包括物理化学预处理、纤维素酶解和酵母乙醇发酵。然而,由于植物细胞壁的抗降解性,纤维乙醇的生产不仅成本高,还会产生第二次环境污染。因此,遗传改良植物细胞壁结构与组成,是从源头解决生物能源成本的理想途径。水稻是我国重要的粮食作物,每年可生产数亿吨秸秆木质纤维原材料。芒草是我国原产的C4草本植物,不仅生物质产量高、种类丰富,还可种植于各种边角土地。本研究利用现代生物技术,通过超表达多个内源糖苷水解酶,筛选各种水稻转基因材料,旨在保证水稻正常生长、粮食产量不受影响的前提下,遗传改良其秸秆细胞壁结构与组成,使之在温和预处理下,能够高效酶解产糖产醇。同时,基于植物细胞壁结构的复杂性和功能的多样化,本研究利用已筛选的优质转基因材料,解析了糖苷水解酶定向修饰纤维素微纤丝表面结构的分子机理,探讨了木质纤维高效酶解产糖产醇的分子机制,为优质能源作物的选育和优化纤维乙醇工艺的设计提供理论依据和技术支撑。此外,利用已收集到的数百份野生芒草材料和水稻转基因材料,通过近红外建模技术,建立了高通量快速分析芒草和水稻细胞壁结构与生物质酶解产糖的方法,为优质能源作物早期筛选提供方法与材料。主要研究结果如下:通过超表达水稻糖苷水解酶OsGH9B1、OsGH9B3和OsGH9B6基因,筛选并分析了转基因材料细胞壁结构与组成。与对照品种相比,转基因材料植株生长正常,茎秆机械强度和生物质产量无显著变化,但纤维素的聚合度和结晶度显著降低。在温和碱预处理（0.5%NaOH,50℃）下,产糖效率是对照品种的1.6-1.7倍,乙醇产率比对照提高20%-26%,且转基因材料中最高乙醇产量可达22.5%（%干重）,创水稻秸秆乙醇产量新高。综合分析表明:转基因材料中OsGH9B1、OsGH9B3和OsGH9B6可能参与纤维素结构的修饰。同时,利用24份有代表性的水稻突变体材料,通过对其基因表达量与半纤维素结构特征的相关性分析,推断糖苷水解酶OsGH10-3和OsGH10-4可能分别参与碱溶和碱不溶半纤维素结构的修饰。此外,与对照品种相比,OsGH10-3和OsGH10-4超表达的转基因水稻材料株高显著变矮,茎杆的机械拉力显著减弱,但植株的抗倒伏能力显著增强。利用247份OsGH9s和OsGH10s超表达转基因材料,测定了细胞壁成分和1%NaOH预处理下木质纤维产糖效率。通过化学计量学方法,建立了7个预测细胞壁成分和10个预测生物质降解效率的近红外模型,且模型的决定系数R~2达0.75-0.98,内部交叉验证决定系数R~2cv为0.69-0.98,比性能差RPD值达1.79-6.63。此外,通过外部独立检验,进一步证明了所有模型的准确性。与此同时,利用199份代表性芒草材料,系统分析了直接酶解和不同预处理条件下木质纤维产糖效率,建立了预测生物质降解效率的近红外模型。其中高温热水预处理产糖、1%NaOH预处理酶解产糖以及高温和1%NaOH预处理酶解总糖的模型参数更优,其决定系数（R~2）均超过0.8,比性能差（RPD）均大于2.0,可用于对优质芒草的高通量筛选与鉴定。