木糖发酵酵母菌的多样性研究

作     者：陈胜 

作者单位：河北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王启明

授予年度：2024年

学科分类：081703[工学-生物化工] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：酵母菌 生物乙醇 木糖发酵 耐受性 

摘      要：化石能源的枯竭和一系列环境问题的产生,使得第二代生物燃料乙醇引起了人们的广泛关注。随着我国对环境问题的重视及“碳达峰、“碳中和等重大战略目标的提出,体现出生物乙醇的研究具有重大意义。以木质纤维素为原材料的生物乙醇技术目前仍处于探索阶段,其中一个关键限制因素是没有理想的发酵菌株。本研究旨在从自然环境中分离得到具有天然木糖发酵能力的酵母菌并对其木糖发酵能力进行测试。 不同于传统的分离鉴定方法,本研究采用酵母显微操作系统进行菌株分离,利用基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱对所分离的菌株进行高通量鉴定。将得到的菌株中具有发酵能力的酵母菌进行木糖发酵,并对其水解液、温度、乙醇的耐受性方面进行分析。研究结果如下: 1.利用酵母显微操作系统进行菌株分离,相比常规稀释涂布方法,该方法处理后的酵母菌落形态对比更直观,并且可以有效避免霉菌污染。在对西藏、海南、云南、北京地区的土壤、植物和腐木样品中,分离到了8300余株菌株,包括了105个酵母菌已知种和10个酵母菌新种。其中分离得到的10个酵母菌新种,根据系统发育分析,1株属于假丝酵母属(Candida)、3株属于毕赤酵母属(Pichia)、1株属于Tetrapisispora属、3株属于威克汉姆酵母属(Wickerhamomyces)、1株属于诺莫夫氏酵母属(Naumovozyma)、1株属于Rhynchogastrema属,并完成了它们的形态学描述和生理生化比较分析。 2.将得到的菌株利用质谱法进行质谱鉴定和自建库构建。目前已经入库了3044张谱图,包含了159株菌株,这些菌株分布于57个属105个种,并可以对测试菌株进行准确鉴定,准确率到达了97%。 3.将其中能够进行木糖发酵的酵母菌,以树干毕赤酵母(Pichia stipitis,现命名为Scheffersomyces stipites)为阳性对照,在木糖利用率,乙醇产率和生物量方面进行发酵能力的比较。在30℃下摇床发酵3天后,从23株测试菌株中筛选出了10株发酵能力较强的菌株,并将筛选出的菌株进行水解液、温度、乙醇耐受性实验。结果显示,水解液抑制剂对发酵过程的影响表现在生长前期延迟和后期生长量方面,菌株NINU17926和NINU18115生长响应没有延后,但发酵最终生长量相比正常情况下降低了16.5%和22.6%;在温度方面,菌株NINU17934、NINU181038、AS2B7能够在40℃下生长,并且生长量分别高于对照组14.2%、16.2%、5.0%;乙醇耐受方面,菌株CICC33059,AS2B7虽然对乙醇敏感,但是仍能在50 mg/m L的乙醇浓度下生长。本研究对木糖发酵酵母菌的初步耐受性分析,为后续筛选具有工业化潜力的菌株提供了参考。