农业废弃物中蕴含丰富的木质纤维素资源,对木质纤维素进行生物发酵可产生清洁能源,也实现了生物质资源的再利用。但木质素作为物理屏障,其内在的异质性和顽固性阻碍了木质素纤维素的有效精炼和利用,严重降低了纤维素的利用率。与化学处理相比,微生物和酶催化的生物处理是一种绿色、高效的木质素解聚和转化方法。通常,木质素生物加工涉及通过细胞外微生物酶将木质素分解为芳烃,并通过微生物代谢进一步转化为增值生物产品。牛作为草食性反刍动物,其肠道菌群中含有大量可降解木质纤维素的微生物,本论文通过将牛粪和小麦秸秆混合进行堆肥制备,研究了不同时期堆肥中细菌群落的分布及演变规律,筛选高效降解木质素的细菌菌株,并对其降解性能进行表征,结合转录组技术对优势菌株中木质素降解酶及相关基因进行挖掘,并揭示其降解代谢途径。主要研究结果如下:通过对堆肥样品的各项理化指标测定,判断堆肥效果并从中筛选合适的堆肥样品,进行堆体中微生物物种分布及细菌群落结构变化分析。在四项理化指标中堆体温度和p H先上升后下降,含水率和C/N逐渐下降。根据变化规律选择初始期（DA）、高温期（DB）、降温期（DC）的堆肥样品进行高通量测序,结果发现堆肥过程中α多样性指数先下降后上升,表明了堆肥系统可以进行自我净化,并且高温后的堆体环境,有利于适应生物原料降解的功能群落的生长繁殖;β多样性分析表明堆肥不同时期的细菌群落结构彼此显著不同。不同时期的堆肥中优势菌株分别归属于变形菌门、厚壁菌门、绿弯菌门和拟杆菌门。各类功能基因主要涉及代谢、遗传信息处理、环境信息处理、细胞过程等。堆肥过程中碳水化合物代谢、氨基酸代谢、脂质代谢的相对丰度上升;翻译功能基因相对丰度先下降后上升;而膜运输、细胞运动功能基因相对丰度下降。以DA、DB、DC时期的堆肥作为样品,采用碱木素为单一碳源的培养基对木质素降解细菌进行初筛,获得110株细菌,据苯胺蓝脱色效果和碱木素降解率进行复筛,获得了K6、K10、L17、L20、L21、MPD8、D11、F1共8株具有良好木质素降解能力的潜力细菌;除K6属于厚壁菌门外,其余均属于变形菌门;其中Cupriavidus sp.MPD8可以使苯胺蓝明显脱色,碱木素降解率达59.05%,酶活表现优于其余7株细菌,因此,将Cupriavidus sp.MPD8筛选为优势菌株,并对其木质素降解性能进行表征。经过Cupriavidus sp.MPD8处理7 d后,小麦秸秆表面结构遭到明显破坏,与对照组相比失重率增大,酸可溶木质素含量及酸不溶木质素含量均下降,表明Cupriavidus sp.MPD8对小麦秸秆具有较好的降解能力。与对照组相比,经过Cupriavidus sp.MPD8处理3 d后的碱木素分子量降低,比表面积、孔径孔容均增大;FTIR分析发现1400-1600 cm-1为苯环骨架的特征振动区域且峰强度降低,经过Cupriavidus sp.MPD8处理后碱木素结构中的代表性官能团被破坏;GC-MS分析Cupriavidus sp.MPD8降解碱木素时,高分子量芳香族化合物被解聚成低分子量芳香族化合物,乙苯、苯甲酸、4’-羟基苯乙酮含量降低。结果表明Cupriavidus sp.MPD8可以有效对碱木素结构造成破坏使其解聚。采用转录组学技术对Cupriavidus sp.MPD8中的木质素降解基因及酶进行剖析。将Cupriavidus sp.MPD8分别接种到以碱木素为单一碳源和以葡萄糖为单一碳源（对照CK）的培养基中,对比Cupriavidus sp.MPD8转录组的表达情况。与参考基因组相比,所有检测到的已知基因数目为5298个,经FPKM法计算两组样品的基因表达量,与CK组相比,Cupriavidus sp.MPD8组间显著差异基因257个,其中显著上调差异基因206个,显著下调差异基因51个。GO富集分析生物过程中上调显著的基因主要参与单一生物过程、细胞过程和代谢过程;分子功能主要变化为转运活性和催化活性增加。根据KEGG和Pathway代谢通路分析发现,Cupriavidus sp.MPD8中具有氧化酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶、双加氧酶等多种木质素降解相关酶的编码基因,此外,还发现cat、pca、paa等与芳香化合物代谢过程相关的基因,且在木质素诱导下,这些基因表达量明显上调。因此,推测Cupriavidus sp.MPD8降解木质素的代谢途径为:通过木质素降解酶将木质素高分子网络解聚,产生小分子芳香化合物,通过各芳香化合物的代谢通路,将苯环开环降解产生β-酮己二酸,再转化为乙酰辅酶A,进入到TCA循环,最终将木质素矿化。