目前严格的环境政策要求许多纸浆和造纸行业采用基于生物催化剂的绿色工艺来减少环境污染以及减少能源消耗。热稳定性强和耐碱的木聚糖酶因其在纸浆生物助漂中的潜在应用而备受关注,木聚糖酶可以减少含氯等有毒化学漂白剂的用量,还可以增加纸张白度改善纸张质量等。但是基于酶的纸浆生物助漂,需要木聚糖酶在工业应用条件（>60℃,pH 9-11）下仍具有较高活性和稳定性。目前从嗜碱或嗜热细菌或古菌中分离到的嗜热碱的木聚糖酶并不多,本研究选择了一个来自于Bacillus halodurans S7的GH10家族的嗜热嗜碱木聚糖酶Xyn10A,其最适pH为10、最适温度为70℃,在实验中测得其在大肠杆菌异源表达的比酶活为110 U/mg,其反应温度和pH均可满足工业造纸工艺的生产条件,但该酶的比酶活远远低于许多酸性的木聚糖酶,难以满足工业造纸应用的要求。本研究旨在通过分子改造大幅度提高该酶的比酶活。具体策略如下:1,理性设计。通过分析前人对GH10家族木聚糖酶改造研究,并利用计算机虚拟氨基酸突变验证后,理性设计一些单点突变。最终得到一株比酶活提高到野生型的1.42倍的突变体D175S;2,随机突变。从木聚糖酶Xyn1OA的基因序列出发,利用Error-prone PCR构建了随机突变体库,通过底物平板法初筛,96孔板复筛,我们从约80000个转化子中筛选出13株比酶活提高的突变株,其中比酶活最高的突变体为S17A9（N151I/E236V/A305T）,比酶活提高到野生型的2.15倍。3,半理性设计。从Xyn1OA的蛋白结构出发,通过蛋白与底物对接分析和氨基酸序列比对分析,我们设计了蛋白底物进口处的半理性突变体库。筛选了约21600个转化子,得到6株比酶活提高的突变株,通过分析各突变体突变的氨基酸,又设计了组合突变,结果得到了蛋白底物进口处的最优突变体V220N/Q251S/W254R,其比酶活提高到野生型的3.41倍。通过蛋白结构分析,我们发现最优突变体相对于野生型蛋白底物进口明显变大,同时也增加了蛋白底物进口对底物的捕获能力。为了验证发现的蛋白底物进口突变方式是否具有普适性,本研究分别合成了与Xyn1OA 同源性分别为 57.1%、69.8%、87.0%的木聚糖酶 Xyl-gt、Xyl-NG27 和 Xyn10,并将发现的进口处最优突变组合方式应用到这几个蛋白上,结果发现Xy1-gt突变后比酶活提高到野生型的1.75倍,Xyl-NG27突变后比酶活提高到野生型的1.23倍,而Xyn10突变前后比酶活只有少量提高。由此可见发现的突变方式可能在嗜碱木聚糖酶上具有一定的普适性。为了在蛋白底物进口处最优突变体的基础上,进一步提高木聚糖酶的比酶活,本研究又从3个方面进一步研究:1,将Xyn1OA与目前报道比酶活最高的木聚糖酶Xyl10C进行氨基酸序列比对,寻找一些定点突变位点,但是最终并没得到比酶活提高的突变体,不过意外发现了对木聚糖酶pH稳定性影响很大的位点H113。2,在进口处最优突变体的基础上,对该木聚糖酶蛋白结构loop区,活性中心周围离底物5A以内,且不保守的氨基酸进行丙氨酸扫描,找到了对木聚糖酶酶活影响很大的E71位点,并对其进行饱和氨基酸突变,但也没有得到比酶活提高的突变体;3,在进口处最优突变体上,组合来自随机突变和虚拟氨基突变得到的优势单点突变,最终得到一个比酶活为野生型4.42倍的突变体A262TL2,使得木聚糖酶Xyn1OA在70℃、pH10条件下比酶活得到了显著地提高。本研究为该木聚糖酶Xyn10A在今后能被应用到工业造纸中奠定了基础,同时为同行改造木聚糖酶提供了新方法与思路。