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随着化石燃料逐渐耗竭和环境恶化日趋严重,可持续、可再生生物燃料（如乙醇和丁醇等）生产已成为全球关注的热点。以木质纤维素生物质为原料生产生物丁醇,不仅可以缓解农业废弃物如玉米秸秆等过度燃烧和随意堆放造成的环境污染,也可以减轻日趋严重的能源危机。木质纤维素水解液中普遍存在的抑制物（呋喃醛、小分子有机酸和酚类物质等）对微生物生长和代谢产生显著的抑制作用,严重制约了纤维丁醇的生产效率。本研究以不同类型有毒物质对Clostridium acetobutylicum菌体生长和丁醇产生的影响为出发点,探讨了Ca CO3消减有毒物质抑制效应的作用,并利用蛋白组学解析了碳酸钙消减有毒物质对丙酮丁醇发酵抑制效应的作用机制。主要研究结果如下:首先研究了木质纤维素水解液4种典型代表有毒物质（甲酸、糠醛、香草醛和香草酸）对Clostridium acetobutylicum菌体生长和丁醇产生的影响。结果发现甲酸和香草醛毒性最强,0.5 g/L甲酸和0.3 g/L香草醛显著抑制菌体生长,丁醇产量较对照下降了65.5%和88.2%;其次是香草酸,添加0.8 g/L和1.2 g/L香草酸处理丁醇的产量较对照分别降低了27.9%和72.1%;糠醛的毒性最弱,0.5～1.5 g/L糠醛添加量对丙酮丁醇发酵没有显著的抑制作用。混合有毒物质（甲酸0.5 g/L、香草醛0.3 g/L、香草酸1.2 g/L、糠醛1.0 g/L）对丁醇发酵抑制作用更强,丁醇产量仅为0.8 g/L,较对照下降91.1%。利用5 L发酵罐研究了Ca CO3消减有毒物质抑制效应的作用。结果发现,单一有毒物质（甲酸0.5 g/L、香草醛0.3 g/L或香草酸1.2 g/L）存在时,额外添加5 g/L Ca CO3均可有效消减有毒物质对丙酮丁醇发酵的抑制作用,且Ca CO3的缓冲作用在有毒物质抑制效应消减中起关键作用;在4种混合有毒物质存在时,5 g/L Ca CO3处理组葡萄糖利用率达到100%,木糖利用率56.6%,较对照组显著提高,丁醇产量达到6.3 g/L,较对照组提高7.0倍。利用蛋白质组学分析了甲酸、糠醛、香草醛和香草酸混合有毒物质存在下Ca CO3消减有毒物质的作用机制。添加有毒物质的control组和添加有毒物质并添加5 g/L Ca CO3处理组蛋白质组存在显著差异。蛋白质组学分析可知,有毒物质的存在使Clostridium acetobutylicum的致死因子Barnase高表达,同时细胞壁肽聚糖水解相关蛋白表达量升高,菌体自溶加剧;菌体为应对这一不利影响,thioredoxin reductase等氧化还原酶、Fe2+相关转运蛋白高表达,以维持细胞内还原状态,并清除胞内活性氧和自由基。同时,Barnase的抑制蛋白Barstar以及有毒化合物外排相关蛋白、抗逆境胁迫相关蛋白高表达,以降低有毒物质的毒害效果。添加5 g/L Ca CO3可有效消减有毒物质对菌体的毒害作用,菌体细胞壁合成、芽孢形成与分化、鞭毛合成、运动与趋化等蛋白表达水平显著上调,同时,与抗逆相关的Abr B转录调控因子、Tel A和Ter D蛋白、肽基脯氨酰异构酶、免疫抑制蛋白、多糖脱乙酰基酶等显著上调,进一步提高了菌体的抗逆能力。2个氮代谢转录调控因子分别上调5.80和14.43倍,同时,寡肽、氨基酸和NH4+相关转运蛋白以及氨基酸合成相关蛋白显著上调,表明Ca CO3的添加激活了氮代谢水平。核酮糖激酶、7-磷酸-景天庚酮糖异构酶、α-木糖苷酶、D-木酮糖激酶和β-木糖苷酶等5个与木糖利用相关蛋白在Ca CO3处理组上调表达,与Ca CO3处理组木糖利用效率提高有关。本文研究了甲酸、糠醛、香草醛、香草酸四种木质纤维素水解液有毒物质对丁醇发酵的影响及Ca CO3消减有毒物质抑制效应的作用,并通过蛋白组学揭示了有毒物质对菌体的毒害机理及Ca CO3消减有毒物质抑制效应的作用机制,为改造Clostridium acetobutylicum提高有毒物质耐受能力奠定了基础,也为利用木质纤维素生物质高效生产燃料丁醇的技术调控提供了理论依据和技术支撑。