面临环境污染和能源短缺双重压力,开发可再生能源迫在眉睫。丁醇是一种性能极佳的能源物质,生物法制丁醇是目前研究的热点。但实现生物制丁醇产业化发展还存在很多问题。由于产丁醇发酵过程易发生酸崩溃、底物利用不彻底及末端溶剂产量低的问题,急需构建一种在稳定发酵过程的基础上提高末端溶剂产量的调控方式,此外,发酵底物成本过高也是限制生物丁醇产业化发展的一大因素。水稻秸秆是一种廉价的、丰富的可再生原材料,但其结构复杂难以被微生物降解利用,开发一种高效降解水稻秸秆的方法并实现有效的生物丁醇转化是降低丁醇生产成本的有效方式,同时符合国家低碳发展战略需求。因此,本研究利用酿酒酵母在环境胁迫下能分泌胞外氨基酸对丁醇合成有益的物质的特性,构建酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和产丁醇菌株拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)的复合菌发酵体系。在此基础上,建立高效的、低成本的水稻秸秆糖化液的制备方法,并利用构建好的复合菌系以水稻秸秆糖化液为底物进行丁醇发酵,实现秸秆生物丁醇的高效转化。本研究取得的研究成果主要包括以下几个方面:以实验室前期筛选到的拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)F-6为研究对象,考察拜氏梭菌/酿酒酵母混合菌接种时间、接种比例和发酵初始pH对丁醇发酵的影响。研究表明在拜氏梭菌接种12h后添加酿酒酵母,酵母菌接种量为2%,pH为7时复合菌系丁醇产量达到最高为12.75g/L,与拜氏梭菌单独发酵相比提高了203%。通过丁醇发酵进程中氨基酸的测定,发现复合菌培养体系中丙氨酸,蛋氨酸,亮氨酸,酪氨酸,苯丙氨酸,赖氨酸,精氨酸和脯氨酸较拜氏梭菌单独发酵体系有不同程度提高。根据复合菌体系氨基酸含量,人工配置氨基酸组成添加到拜氏梭菌发酵体系中进一步证明酿酒酵母胞外分泌的氨基酸对丁醇发酵的促进作用。结合东北地区气候特点,建立了低温条件下处理水稻秸秆的预处理方法。利用7%NaOH/12%Urea溶液在-15℃条件下处理3min,能有效去除木质素,去除率达79%,而纤维素和半纤维素仅损失4.2%和14.5%。为了降低纤维素酶成本,经预处理后的水稻秸秆利用绿色木霉粗酶液水解,糖化率达46.3%,与商品纤维酶的酶解效率相当。以秸秆水解糖化液为底物,利用本实验构建的复合菌系进行产丁醇发酵,丁醇产量达10.62g/L,与拜氏梭菌单独发酵体系相比丁醇产量提高了151.7%。在底物的转化效率方面,复合菌系有更高的底物丁醇转化效率,丁醇产率和ABE总溶剂产率分别为0.29g/g和0.40g/g,相比于拜氏梭菌单独发酵,分别提高了123%和122.2%。