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生物能源在增加能源与资源供给、改善生态环境、支撑碳中和目标实现等方面有着其他可再生能源不可替代的显著优势。合成生物学在生物能源研发方面具有重要的应用价值和广阔的发展空间，有利于解决生物能源的关键研发问题。本书结合编者在能源合成生物学领域的研究工作，围绕合成生物学使能技术与改造策略、生物催化剂和细胞工厂的性能优化，系统总结了如何通过合成生物学技术改造能源生物底盘，以显著提高从二氧化碳到生物质、从生物质到糖，以及从糖到乙醇、丁醇、萜烯、脂肪烃等生物燃料产品和一碳资源直接转化为生物燃料产品等各个环节的转化效率，并对能源合成生物学未来的发展方向与挑战进行了展望。

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  第1章　概述 1
  1.1　合成生物学如何解决能源问题？ 1
  1.2　合成生物学如何助力生物能源生产？ 2
  1.2.1　原料供应 2
  1.2.2　原料—产品转化 4
  1.2.3　一碳资源利用 5
  参考文献 9
  第2章　二氧化碳到糖——合成生物学驱动生物能源合成的糖原料供应 11
  2.1　二氧化碳到生物质——能源植物合成生物学 11
  2.1.1　引言 11
  2.1.2　能源植物合成生物学工具与策略 12
  2.1.3　能源植物单糖与二糖的合成 22
  2.1.4　能源植物多糖的生物合成 26
  2.1.5　能源植物木质素的合成与分子调控 34
  2.1.6　能源植物其他农艺性状的分子设计 41
  2.1.7　总结与展望 45
  2.2　生物质到糖——降解纤维素梭菌合成生物学 46
  2.2.1　引言 46
  2.2.2　降解纤维素梭菌合成生物学工具与策略 49
  2.2.3　梭菌中催化生物质解聚糖化的酶体系 55
  2.2.4　面向高效糖化的产纤维小体梭菌生物催化剂重塑 64
  2.2.5　总结与展望 70
  2.3　二氧化碳到糖——产糖能源微藻合成生物学 72
  2.3.1　引言 72
  2.3.2　蓝藻光驱固碳合成糖原 74
  2.3.3　蓝藻光驱固碳合成蔗糖 82
  2.3.4　总结与展望 92
  参考文献 94
  第3章　糖到生物燃料——合成生物学驱动糖原料高效转化为生物燃料 108
  3.1　产乙醇酵母合成生物学 108
  3.1.1　引言 108
  3.1.2　酵母合成生物学工具与策略 109
  3.1.3　酵母糖代谢途径设计与构建 114
  3.1.4　酵母生理功能优化 124
  3.1.5　酿酒酵母生产乙醇 133
  3.1.6　非传统酵母生产乙醇 138
  3.1.7　总结与展望 144
  3.2　产丁醇梭菌合成生物学 145
  3.2.1　引言 145
  3.2.2　产丁醇梭菌合成生物学工具与策略 146
  3.2.3　丁醇代谢网络分析与代谢途径优化 153
  3.2.4　丁醇耐受性及抗逆性能优化 160
  3.2.5　产丁醇梭菌底物利用优化 168
  3.2.6　总结与展望 182
  3.3　新型能源微生物底盘和新型生物能源产品 184
  3.3.1　引言 184
  3.3.2　生物能源产品及合成途径 185
  3.3.3　生物能源产品代谢途径改造优化的主要策略 198
  3.3.4　模式与非模式能源微生物底盘 205
  3.3.5　系统生物学与合成生物学技术的应用 214
  3.3.6　总结与展望 223
  参考文献 227
  第4章　合成生物学驱动一碳资源直接转化为生物燃料 271
  4.1　一氧化碳到生物燃料——能源梭菌合成生物学 271
  4.1.1　引言 271
  4.1.2　利用一碳资源的梭菌合成生物学工具与策略 279
  4.1.3　代谢途径优化 290
  4.1.4　合成气发酵 294
  4.1.5　总结与展望 301
  4.2　二氧化碳到生物燃料——能源微藻合成生物学 302
  4.2.1　引言 302
  4.2.2　原核能源微藻合成生物学 303
  4.2.3　真核能源微藻合成生物学 331
  4.2.4　总结与展望 345
  4.3　甲醇到生物燃料——甲醇利用微生物合成生物学 346
  4.3.1　引言 346
  4.3.2　甲醇细菌 347
  4.3.3　甲醇酵母 355
  4.3.4　人工甲醇利用微生物 365
  4.3.5　总结与展望 368
  参考文献 370
  第5章　能源合成生物学发展的未来方向与挑战 407
  5.1　原料的可持续供应 407
  5.2　原料到能源产品的高效转化 408
  5.3　一碳资源的高效利用 409
  5.4　未来方向与挑战 410
  参考文献 412