運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌乙醇發(fā)酵性能及絮凝機(jī)制.pdf

1、與釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）乙醇發(fā)酵Embden-Meyerhof-Parnas(EMP)途徑相比，運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌（Zymomonas mobilis）通過Entner-Doudoroff(ED)途徑代謝葡萄糖生產(chǎn)乙醇，這一過程ATP生成減少50％，可能積累較少的生物量，進(jìn)而增加乙醇對(duì)糖的表觀收率。此外，Z.mobilis細(xì)胞小，比表面積大，更有利于糖的吸收，提高乙醇發(fā)酵過程的生產(chǎn)強(qiáng)度指標(biāo)。因此，Z.m

2、obilis有更強(qiáng)的研究和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文首先在可比實(shí)驗(yàn)條件下研究了釀酒酵母和運(yùn)動(dòng)單胞菌的乙醇發(fā)酵性能來證實(shí)這些推測(cè)。與S.cerevisiae ADY相比，Z.mobilis ZM4發(fā)酵100 g L-1低葡萄糖濃度培養(yǎng)基時(shí)，乙醇表觀收率和生產(chǎn)強(qiáng)度分別提高了3.5％和58.1％，發(fā)酵200 g L-1高葡萄糖濃度培養(yǎng)基時(shí)，乙醇表觀收率提高為3.3％，沒有明顯變化，但乙醇生產(chǎn)強(qiáng)度的提高與培養(yǎng)基流加策略密切相關(guān)，在補(bǔ)料批式發(fā)酵條

3、件下，其提高幅度高達(dá)77.8％。
　　微生物細(xì)胞自絮凝不僅可以方便菌體沉降分離，而且這一明顯的形態(tài)改變可能提高細(xì)胞的環(huán)境脅迫響應(yīng)。本文進(jìn)一步比較了運(yùn)動(dòng)單胞菌常規(guī)非絮凝菌株(ZM4)和自絮凝菌株(ZM401)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Z.mobilis的自絮凝對(duì)乙醇發(fā)酵性能沒有明顯影響，但ZM4在10.5 g L-1的乙酸添加培養(yǎng)基中發(fā)酵同樣時(shí)間，乙醇表觀收率比ZM401降低了29.9 gL-1。在1.0 g L-1的香草醛添加培養(yǎng)基中，相同

4、時(shí)間下ZM401發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇表觀收率比ZM4高29 g L-1，說明絮凝菌株ZM401對(duì)秸稈類生物質(zhì)預(yù)處理過程產(chǎn)生主要副產(chǎn)物乙酸和香草醛的耐受性明顯比游離菌株ZM4高。在此基礎(chǔ)上，采用激光聚焦反射測(cè)量系統(tǒng)（Focused beam reflectance measurement，F(xiàn)BRM）對(duì)Z.mobilis絮凝過程進(jìn)行了在線監(jiān)測(cè)和表征，研究了影響這一過程的物理和化學(xué)因素，推測(cè)其自絮凝的物質(zhì)基礎(chǔ)可能是胞外多糖，特別是纖維素類多糖，并進(jìn)

5、一步通過將纖維素合成酶基因簇過表達(dá)來嘗試構(gòu)建絮凝菌株，得到了可以達(dá)到清液發(fā)酵的基因工程菌ZM401-CTF258-6，證實(shí)了纖維素合成酶對(duì)Z.mobilis形成自絮凝特征具有一定貢獻(xiàn)，可以使原本具有絮凝特性的ZM401細(xì)胞絮凝形成的更加完全，但纖維素合成酶的過量表達(dá)并非ZM401菌株絮凝的根本原因，因?yàn)樵诜切跄闦M4中進(jìn)行纖維素合成酶的過表達(dá)并不能賦予其絮凝特性。
　　最后對(duì)自絮凝菌株ZM401基因組進(jìn)行測(cè)序，并與非絮凝模式菌

6、株ZM4基因組進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了58個(gè)單核苷酸多態(tài)(SNPs)，其中28個(gè)SNPs在編碼區(qū)，占48.3％，另外30個(gè)SNPs在非編碼區(qū)，占51.7％，而且一個(gè)8bp的片段缺失存在于間隔序列，是假設(shè)蛋白ZMO1010重復(fù)序列的一部分。共線性分析顯示ZM401和ZM4的基因組存在92個(gè)不同的變異核苷酸，為進(jìn)一步揭示Z.mobilis自絮凝的分子機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。以上研究表明，與釀酒酵母相比，運(yùn)動(dòng)單胞菌，特別是自絮凝菌株，不僅乙醇發(fā)酵性能優(yōu)良，而