木质纤维素预处理过程中产生的毒性化合物是限制纤维素乙醇工业化生产的主要瓶颈之一。种类繁多的抑制剂对细胞产协同抑制从而影响后续的发酵效率,因此强化细胞的抑制剂耐受能力对解决抑制剂的毒性问题尤为关键。本研究首先从代谢水平上系统解析酿酒酵母对三种典型抑制剂混合物(糠醛、乙酸和苯酚)的适应过程,结合单基因敲除策略,证实了能量代谢、丙氨酸代谢、谷氨酸合成代谢、氧化还原调控系统--甘油合成代谢和谷氨酸分解代谢、脯氨酸合成代谢以及肌醇合成代谢在维持细胞复合抑制剂耐受能力中的重要作用。进而发现外源添加一定浓度的脯氨酸和肌醇能够提高菌株在复合抑制剂中的生长能力。而过表达合成路径的关键基因PRO1或INO1增强脯氨酸或肌醇的胞内合成使得菌株复合抑制剂条件下的发酵速率提高了2倍左右。考虑到脯氨酸对关键基因PRO1的反馈抑制问题,结合定点突变和随机突变策略,构建得到的突变菌株BY4742/PRO1D154N,G220C在复合抑制剂中的发酵时间由125 h缩短至30 h。对不同PRO1突变株胞内的脯氨酸含量测定表明适量的脯氨酸水平对发挥其压力保护作用至关重要。而胞内活性氧的变化暗示了脯氨酸作为活性氧清除剂保护细胞抵抗抑制剂胁迫的功能。基于细胞耐受机制,特异性地选择外源模块调控细胞对抑制剂的耐受能力。通过在酿酒酵母中异源表达γ-氨基丁酸反向转运蛋白GadC,并通过启动子策略优化其在细胞内的表达水平,发现低表达水平的GadC模块使得乙酸环境下菌株的发酵速率提高3倍左右,代谢水平分析发现GadC模块的表达降低了细胞对抗氧化剂的需求,增强了胞内的能量供应;基于全局转录调控策略,构建外源全局调控因子IrrE的突变库,定向筛选得到了耐受性明显增强的突变酵母菌株,在复合抑制剂条件下的发酵速率提高了4倍,同时其对温度的耐受能力也得到明显提升,而突变位点分析证实了IrrE蛋白中I103T、E119V、S133R、L160F、P162S、R244G、V299A和A300V的突变在强化酵母细胞抑制剂耐受性中的关键作用。另外本研究解析了五六碳糖共发酵时影响木糖发酵酵母抑制剂耐受性的关键因素,发现木糖发酵菌株降低的抑制剂耐受性与其抵抗氧化胁迫的能力相关,而木糖分解代谢能力与能量再生对解决木糖发酵阶段的抑制问题具有重要作用,从而为提高木糖发酵酵母的抑制剂耐受性提供指导。