木质纤维素预处理过程中产生的有毒副产物严重影响了纤维素乙醇发酵,提高酿酒酵母抑制物耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的有效方法.文中通过过表达LCB4基因,研究了重组菌株S288C-LCB4在乙酸、糠醛和香草醛胁迫下的细胞生长和乙醇发酵性能.结果表明,LCB4过表达菌株在分别含有10 g/L乙酸、1.5 g/L糠醛和1 g/L香草醛的平板中生长均优于对照菌株;在分别含有10 g/L乙酸、3 g/L糠醛和2 g/L香草醛的液体乙醇发酵过程中,重组菌株S288C-LCB4乙醇发酵产率分别为0.85 g/(L.h)、0.76 g/(L.h)和1.12 g/(L.h),比对照菌株提高了34.9％、85.4％和330.8％;且糠醛和香草醛胁迫下发酵时间分别缩短了30h和44 h.根据发酵终点发酵液代谢物分析发现重组菌株比对照菌株产生了更多甘油、海藻糖和琥珀酸,这些物质有利于增强菌株的抑制物耐受性.综上所述,LCB4基因过表达可显著提高酿酒酵母S288C在乙酸、糠醛和香草醛胁迫下的乙醇发酵性能.

木质纤维素预处理过程中会产生多种抑制物,抑制酿酒酵母细胞生长及乙醇发酵性能,为挖掘耐性基因、构建新的菌株,进一步提高酿酒酵母对这些抑制物的胁迫耐受性,研究在硫酸锌添加条件下转录组学分析过程中筛选到的可能关键基因ADE17、SSZ1、SET5、PPR1、OGG1和YKL222C过表达对酿酒酵母环境胁迫耐受性的影响.结果显示,不同基因过表达对酿酒酵母在多种抑制物胁迫条件下生长性能的影响不同,其中ADE17过表达对菌株在乙酸、糠醛、苯酚、丙酸和氯化钠胁迫条件下的生长提升最显著,而OGG1和SSZ1过表达对菌株生长的影响相对较弱.进一步对菌株进行驯化,在混合抑制物条件下驯化得到的BADE17-2和BADE17-4菌株延滞期比对照菌株BADE17缩短23 h.上述研究表明,硫酸锌添加从多方面影响了酿酒酵母耐受性,且关键基因过表达对不同环境胁迫条件具有多样性的影响,并且通过基因过表达和驯化方式结合可进一步提高酿酒酵母环境胁迫耐受性,提高纤维素乙醇发酵效率.

糠醛是木质纤维素水解液的主要抑制物,能诱发活性氧自由基(Reactive oxygen species,ROS)产生.探索抗氧化基因对于糠醛耐受性的影响有助于改善菌株表型.过表达运动发酵单胞菌Zymomonas mobilis自身的NADH氧化酶(ZMO1885)、NADP+还原酶(ZMO1753)和谷胱甘肽还原酶(ZMO1211)基因,检测胞内ROS、NADH/NAD+以及其耐受性能.结果表明,在2 g/L糠醛条件下,相比对照菌株,ZM4/ZMO1885的胞内ROS降低了52.1％,生物量提高了38.9％,且未引起胞内辅因子扰动.过表达ZMO1753和ZMO1211没有显著提高菌株耐受性.在模拟木质纤维素水解液中,ZM4/ZMO1885的生物量较对照菌株提高了46.9％,糖耗速率提高了110.3％,乙醇生产力提高了195.2％.综上,过表达抗氧化酶基因能够影响糠醛胁迫耐受性,其中过表达ZMO1885不仅不影响细胞正常生长,还能降低ROS水平,提高糠醛去除率,改善了细胞的糠醛耐受性.

为明晰抗盐木麻黄内生真菌次生代谢物与盐分胁迫之间的关系,选用高效液相色谱仪(HPLC)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对不同NaCl浓度培养的两株木麻黄内生真菌(Y6、Z1)及其混菌发酵液进行检测并分析比较.结果显示:(1)Y6菌发酵液在5％ NaCl浓度下赤霉素含量最大,与其他处理有显著差异(P＜0.05),Z1菌发酵液中玉米素含量显著高于Y6菌和混菌发酵液中玉米素含量,0％浓度下,混菌发酵液吲哚-3-乙酸含量最大,与其他处理有显著差异(P＜0.05),Y6菌和Z1菌发酵液中吲哚-3-乙酸含量最大值分别在1％和3％浓度.(2)两菌株发酵液成分相对含量高于30％的物质主要有环(L-脯氨酰-L-亮氨酰)、喇叭茶醇、5-亚硝基-2,4,6-三氨基嘧啶、2-丁基-1-辛醇、邻苯二甲酸二正辛酯、5-羟甲基糠醛,高浓度(5％)环境下产出的物质种类显著不同于低浓度(0％)环境下的物质.上述研究表明,两株内生真菌及其混菌均能产生吲哚-3-乙酸、赤霉素和玉米素3种植物激素,不同内生真菌、不同NaCl浓度菌株发酵液成分存在差异,高浓度(5％)环境下能够诱导两株内生真菌产生丰富的代谢产物,但上述物质是否都对木麻黄幼苗生长具有抗盐、促生和抑菌效果以及其作用机理还有待进一步研究.

糠醛是秸秆水解液的主要抑制物,能抑制酿酒酵母的生长和发酵性能.通过将酿酒酵母自身的谷氨酰胺合成酶基因GLN1插入载体pESC-URA,再导入原始酵母BY4741中以构建重组酵母YEA9,并对其糠醛耐受性及发酵性能进行测定.结果表明,在1.55 g/L糠醛浓度下,YEA9的生物量较BY4741提高了3.7倍,耗糖速率提高了8.6倍,最终乙醇浓度提高了9.2倍,糖醇转化率提高了10.6％,且谷胱甘肽含量提高了22.4％,NADH氧化酶酶活提高了5.1％,NAD+/NADH的数值无明显变化,且活性氧(ROS)的水平低于BY4741.在模拟水解液中,YEA9的生物量较BY4741提高了1.75倍,耗糖速率提高了6.1倍,最终乙醇含量提高了5.3倍,糖醇转化率提高了0.5％.综上,过表达GLN1基因能够提高酿酒酵母中谷氨酰胺合成酶酶活,增加谷氨酰胺和谷胱甘肽的含量,使得NADH氧化酶的酶活提高,降低ROS的积累,最终增强酿酒酵母的糠醛胁迫耐受能力和乙醇发酵效率.