摘要
自产乙醇梭菌（Clostridiumautoethanogenum）是一种严格厌氧菌，可利用合成气（H2、CO、CO2）发酵生产诸如乙醇等高附加值产物。乙醇作为药用辅料在医药卫生行业有着广泛的用途，而其又可用于生物燃料，是一种重要的有机物。本研究在异养或自养代谢下，通过监测细菌生长、pH变化、乙醇和乙酸产量变化探究光照下细菌生产乙醇能力增强，乙酸生产能力减弱的原因，并且评估合成气发酵废液在细菌纤维素工业化生产的可能性。主要研究结果如下： （1）异养代谢中，白光和蓝光均可增强细菌乙醇生产能力（单位OD值下乙醇的产量），乙酸生产被抑制，而红光并无此现象，但是在3000-6000Lux光照强度白光下，乙醇产量差别不大。黑暗条件下乙醇产量为13.0±0.2mM，乙酸产量为72.5±1mM，光照下以4200Lux为例，乙醇产量为22.1±0.6mM，乙酸产量仅为25.4±2.0mM，光照下细菌乙醇生产能力增强近100%。在不同初始pH条件中，L-5.8与D-5生长均受到抑制，且后者抑制作用更强，但就乙醇生产能力而言，后者远远低于前者，乙酸生产能力前者远高于后者，因此光照下乙酸的减少并非直接由生长所影响。综合分析我们得知，光照对细菌乙醇的直接合成有关。 （2）自养代谢中，与异养代谢类似，白光和蓝光均可增强细菌乙醇生产能力而红光不能，乙醇生产能力增强42.8-85.7%，乙酸生产量被抑制49.7-72.2%，不同的是，自养代谢对光照更加敏感，在6000Lux光照强度下细菌生长、乙酸和乙醇的代谢受到严重的抑制。自养代谢下最适光照强度为4200Lux。改变光照与黑暗时长的结果显示，光照在细菌整个代谢过程中均发挥着重要作用，而且在细菌生长阶段发挥的作用更大。对光照与黑暗下0-120h间细菌形态观察结果显示，光照确实在细菌繁殖早期对细菌生长造成了胁迫，但芽孢的重新转化说明芽孢的产生是可逆的，光照对细菌并未产生破坏性伤害。不同初始乙酸浓度下的细菌的自养代谢与异养代谢类似。自养条件下，黑暗中低pH会刺激乙醇生产，异养代谢则不会出现类似现象。同时，在光照下随着初始pH的降低，细菌乙醇生产并没有继续增强，光照和低pH的刺激作用也并未产生叠加效应。转录组数据显示，乙醇直接合成途径表达增强2.6-4.5倍，间接合成途径表达增强3.7倍左右。 （3）相同条件下在含糖废液的细菌纤维素生产能力是HS培养基的1.92倍，并且含糖废液中产生的细菌纤维素材料具有更好的机械强度、更大的比表面积、孔容和孔径以及更低的结晶度。木醋杆菌无法直接利用废液中的乙酸，但葡萄糖的存在激活了废液中乙酸酸盐利用，促使木醋杆菌将乙酸盐利用完全。
NETL