相比于传统化石燃料,生物乙醇具有清洁、可再生的优势;且利用秸秆等非粮农业废弃生物质发酵生产生物乙醇,还可减缓这些农业废弃物焚烧对环境造成的污染。因此,研究如何提高生物乙醇发酵效率,并进而提高乙醇产量具有现实的经济意义和社会意义。然而,工业规模的生物乙醇发酵并不是一个绝对的无菌过程,常伴有乳酸菌等杂菌污染的发生,从而导致生物乙醇产量的下降,进而造成极大的经济损失。尽管,不同种类的微生物间存在各种竞争,但它们之间也存在能促进生长的主动识别。因此,生物乙醇发酵中污染的杂菌也可能会通过某种方式对生物乙醇发酵产生正向调控。在本课题中,为了判定植物乳杆菌细胞壁接触对酵母乙醇生产效率是否有促进作用,在酿酒酵母培养体系中分别加入与植物乳杆菌死细胞或其细胞壁(植物乳杆菌细胞壁接触组)、植物乳杆菌死细胞原生质体(乳杆菌细胞壁限制接触组),以纯培养的酿酒酵母作为对照组,分别测定酵母生长、乙醇产量和残糖量等,以评估不同接触情况下酵母产乙醇的能力。结果显示,与限制接触组相比,植物乳杆菌细胞壁接触组的酿酒酵母生物量减少,但乙醇终产量并没有显著区别,这表明限制接触组的乙醇发酵效率更高,乳杆菌细胞壁可能在生物乙醇发酵过程中发挥了正向调控的作用。此外,采用基于气相色谱质谱联用的代谢组学策略,研究了植物乳杆菌细胞壁接触引起的酿酒酵母胞内代谢物的变化,以期阐释接触作用下酵母产乙醇效率提高的原因。利用主成分分析(Principal component analysia,PCA)、偏最小二乘分析(Partial least-squares-discriminant analysis,PLS-DA)等数据分析方法,共鉴定到13个与植物乳杆菌细胞壁接触相关的酿酒酵母胞内差异代谢物;这些差异代谢物变化主要表现为短链脂肪酸含量下调,固醇类物质参与保护功能的氨基酸和短肽等物质含量调高,这可能是酿酒酵母细胞在酸胁迫以及植物乳杆菌对其代谢抑制下的应激响应。最后,本论文模拟分批补料发酵,以验证植物乳杆菌细胞壁对酿酒酵母乙醇发酵过程的正调控作用是否具有实用意义。结果表明,在添加植物乳杆菌细胞壁的情况下,酿酒酵母具有更高的生物乙醇效率(表现为单个酿酒酵母细胞生物乙醇产量升高),并获得更高的乙醇耐受性,从而得到更高的生物乙醇产量。通过正交试验验证,分别添加木糖、植物乳杆菌细胞壁及同时添加木糖和植物乳杆菌细胞壁,可使酿酒酵母细胞在10%乙醇胁迫下的存活率分别提高4.08%、24.98%和34.85%。这种新发现的正调控机制表明,通过控制适当的染菌程度或人为进行一定程度的模拟染菌,可能提高工业生产中生物乙醇发酵的效率,同时提高人们对于菌间相互作用、协同进化的认识。