农作物秸秆（土豆、水稻、小麦、油菜、玉米）,多年生植物（苋菜、芒草）和林木（杨树、桉树）含有丰富的木质纤维素,不仅可以转化为生物燃料,亦可生产高附加值化工产品。植物细胞壁是木质纤维素的主要成分,由不同类型的多糖（纤维素、半纤维素和果胶）、木质素和结构蛋白组成。然而,植物细胞壁的天然抗降解性,决定了木质纤维素酶解产糖产醇成本高、效率低、难于产业化生产。因此,木质纤维素高效转化需要三个主要步骤和条件:剧烈的物理和化学预处理有效破坏木质纤维素结构,生物质完全酶解释放所有发酵糖和酵母持久发酵生产高浓度乙醇。尽管各种剧烈生物质预处理可有效降低植物细胞壁的抗降解性,但大多数技术成本高,还会产生大量有毒化合物和抑制剂,从而大大影响木质纤维酶解产糖和酵母发酵。因此,本研究通过筛选优质木质纤维素材料,旨在探索一条成本低、效率高、绿色环保的生物乙醇转化途径,从而探明木质纤维高效酶解产糖产醇的分子机理。主要结果如下:利用秋水仙碱处理二倍体马铃薯（Dip）,我们筛选了马铃薯四倍体（Tet）和嵌合体（Cyt）材料,测定了其成熟秸秆生物质总量增加4倍,可溶性糖和淀粉含量增加2-4倍。通过两种绿色预处理（液态热水LHW和生石灰CaO）,马铃薯Tet和Cyt秸秆生物质酶解产糖效率大幅提高,且Cyt木质纤维素可以完全降解,己糖产率达到100%（%纤维素）。尤其在两种温和预处理（LHW 8 min;5%CaO）条件下,利用Cyt秸秆中可溶性糖、淀粉和木质纤维完全酶解后的六碳糖发酵,其生物乙醇产率创历史记录、达23%-24%（干物重%）。进一步通过解析Cyt秸秆中细胞壁抗降解特性,发现其纤维素聚合度（DP）和木质素含量显著降低,纤维素表面可及性大幅提高,并提出了生物质高效酶解产糖产醇机理的模型,从而诠释了Cyt秸秆如何在两种最温合绿色预处理条件下可获得最大生物乙醇产量,为未来生物乙醇生产提供了可行的方法与途径。利用苋菜绿色组织,本研究可提取20%以上的蛋白质,且富含人类所必需的氨基酸。通过对8种代表性草本和木本能源植物秸秆的温和绿色预处理,本研究还添加了低剂量苋菜蛋白于木质纤维素酶解过程中,发现产糖效率提高了12%-105%。同时,还估算了利用1公顷土地上收获的苋菜总蛋白,将获得额外的生物乙醇达6400-12400吨,比大豆种子蛋白活性剂高出10倍以上。进一步通过蛋白质谱分析和纤维素酶互作反应测定,探明了苋菜蛋白具有表面活性剂的特性与特征,主要通过与木质素的特异性互作,可有效隔离对纤维素酶的吸附,从而大幅提高木质纤维素酶解效率。此外,本研究还发现苋菜蛋白对多种重金属（Cd、Pb、As）的吸附能力比秸秆木质纤维素的吸附高出3.3-6倍,其主要原因是苋菜蛋白能够与重金属进行各种化学键结合。因此,本研究提出了一个诠释苋菜蛋白如何具备生物表面活性剂和生物吸附剂功能的模型。综上所述,本研究阐明了土豆优质嵌合体秸秆在温和绿色条件下可以高效酶解产糖的分子机理,并首次从分子水平证明了苋菜蛋白既可作为特异生物表面活性剂促进各种木质纤维高效降解,又可作为广谱生物吸附剂用于土壤多种重金属的修复。