全基因組重排構(gòu)建適合于高濃度乙醇發(fā)酵的釀酒酵母工業(yè)菌株.pdf

1、高濃度乙醇發(fā)酵具有酒精產(chǎn)率高、能水耗低、降低污水處理量等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)中低濃度發(fā)酵比較，可明顯提高經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，因此，受乙醇工業(yè)與科技界高度重視，成為研究熱點(diǎn)之一。一般的釀酒酵母生產(chǎn)菌株，由于高濃度的初始糖度形成不利于其細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)酵的環(huán)境脅迫，常常導(dǎo)致發(fā)酵延滯，殘總糖高，降低發(fā)酵底物的利用效率，致使高濃度發(fā)酵的效能目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)，甚至效益低于傳統(tǒng)中低濃度發(fā)酵。因此，選育能夠適應(yīng)高濃度乙醇發(fā)酵條件的菌株對(duì)提高高濃度乙醇發(fā)酵速率、縮短發(fā)酵周期

2、、提高綜合經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。全基因組重排這種貫穿全基因組多位點(diǎn)的基因重組技術(shù)是構(gòu)建抗脅迫和高乙醇發(fā)酵能力的釀酒酵母工業(yè)菌株的有效途徑。
　　 本文首先對(duì)幾株釀酒酵母工業(yè)菌株在高濃度乙醇發(fā)酵條件下的發(fā)酵能力進(jìn)行比較。菌株Z1為乙醇產(chǎn)量最高的菌株，但是其高濃度乙醇發(fā)酵能力仍有待提高。因此本文選擇Z1作為出發(fā)菌株，運(yùn)用全基因組重排技術(shù)構(gòu)建選育優(yōu)良的釀酒酵母重組子。經(jīng)過(guò)三輪的全基因組重排和多種脅迫篩選獲得了一株菌株ZY01，其在常規(guī)

3、發(fā)酵條件和高濃度發(fā)酵條件下乙醇產(chǎn)量分別為102.10g/L和126.96g/L。與出發(fā)菌株Z1相比，ZY01在常規(guī)發(fā)酵條件和高濃度發(fā)酵條件下乙醇產(chǎn)量分別提高了1.9％和5.1％。
　　 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜損傷是導(dǎo)致高濃度乙醇發(fā)酵過(guò)程中酵母細(xì)胞較差發(fā)酵表現(xiàn)的主要原因，重排菌株ZY01在高濃度乙醇發(fā)酵條件下的高產(chǎn)酒能力與其較強(qiáng)的細(xì)胞膜完整性有關(guān)。在前人基礎(chǔ)上本文對(duì)高濃度乙醇發(fā)酵過(guò)程中釀酒酵母細(xì)胞膜脅迫耐受性機(jī)制進(jìn)行了深入分析。結(jié)果

4、表明，與Z1相比，重排菌株ZY01較高的乙醇生產(chǎn)能力得益于其對(duì)高濃度發(fā)酵過(guò)程中遭受的主要脅迫因素如高滲透壓和氧化脅迫耐受性的提高。在高濃度發(fā)酵初期的高滲透壓脅迫下，ZY01顯示出了較出發(fā)菌株更強(qiáng)的生存能力和較低的細(xì)胞膜滲透性。在高濃度發(fā)酵后期的強(qiáng)氧化脅迫下ZY01能夠更好的保持膜的穩(wěn)定性，抑制細(xì)胞膜脂質(zhì)的過(guò)度氧化。隨后，酵母細(xì)胞耐性相關(guān)因素檢測(cè)分析顯示，ZY01胞內(nèi)的高海藻糖含量使其更能有效的保持細(xì)胞膜的水合膜特性，從而擁有更強(qiáng)的抵抗發(fā)