随着石油等非可再生资源的日益枯竭,以木质纤维原料制备燃料乙醇成为研究的热点。该技术主要包括:原料预处理、酶水解、糖液乙醇发酵。在糖液发酵技术方面,最主要的是戊糖发酵问题。戊糖发酵过程复杂,发酵时间长和乙醇得率较低;同时,在原料预处理的过程中产生的抑制物对后续的酶水解和乙醇发酵产生抑制作用。因此,本论文主要从代谢、蛋白、转录和磷脂水平系统地分析和比较酵母细胞戊糖发酵在不同发酵阶段对抑制物的响应机制的差异。以树干毕赤酵母为发酵菌株,在乙酸、5-羟甲基糠醛(5-HMF)和香草醛分别为2.0、1.0和0.5 g/L的培养基中培养。主要研究成果如下:(1)当发酵培养基中有复合抑制物存在时,酵母细胞的延滞期明显被延长,长达28 h的延滞期,复合抑制物使酵母细胞的延滞期达到未添加抑制物酵母延滞期的14倍;复合抑制物减缓了酵母细胞的生长速率。从代谢水平研究可知,三种抑制物混合添加对细胞产生协同作用,加剧了细胞的胁迫作用。通过对添加复合抑制物前后延滞期和指数中期的代谢产物分析比较,结果表明影响较为明显的大部分为脂肪酸和氨基酸,说明抑制物的添加对脂肪酸和氨基酸代谢较为显著。(2)利用蛋白组学技术从蛋白水平研究了树干毕赤酵母对复合抑制物的响应机制。复合抑制物降低了糖酵解途径相关蛋白的表达量。树干毕赤酵母在复合抑制物存在的条件下,代谢速率降低,以此来减少能量的消耗,同时产生更多的能量以此来防御复合抑制物的胁迫作用。抑制物环境下酵母细胞依靠TCA循环产生更多的能量来抵御抑制物的胁迫作用,即酵母耐受抑制物需要消耗更多的能量。与能量相关的蛋白在抑制物存在的条件下蛋白表达量提高明显。添加复合抑制物时延滞期与未折叠蛋白相应相关的蛋白表达量提高。同时,大部分的未折叠蛋白是热休克蛋白,说明热休克蛋白对于翻译过程起到保护作用。(3)将树干毕赤酵母对复合抑制物的响应进行转录组学分析。发现复合抑制物存在时无论是延滞期还是指数中期,参与碳水化合物代谢的基因显著下调,导致能量合成匮乏。为了在胁迫条件下生存,细胞激活氧化磷酸化这条ATP合成途径。脂类的合成与代谢受抑制物影响也较为明显。添加复合抑制物对INO1、YBO9、FAA24、FAA4和FAA22这几个基因表达影响较为显著。添加复合抑制物后大多数与核糖体合成相关的基因表达量上调。而当不添加抑制物时和添加抑制物时,与核糖体合成相关的基因表达量下调。(4)论文采用正负两种模式对从酵母细胞中提取的磷脂分子进行分析。共鉴定到80种磷脂分子,其中大部分的潜在生物标志物是长链不饱和的脂质,表明树干毕赤酵母倾向于合成长的不饱和磷脂来克服外界环境的干扰。酵母细胞在添加抑制物延滞期条件下(PSL_HVA)PI/PS比值最低为1.4%。同时,PC/PE值的变化规律与酵母细胞在各个条件下的木糖利用率相一致。当添加抑制物后延滞期细胞的不饱和度最大,此时细胞膜的流动性相应变大、细胞通透性增强,使复合抑制物更容易进入酵母细胞,对细胞产生相应的抑制作用。