ARTP-UV诱变与适应性进化协同提升Starmerella bombicola槐糖脂产量及秸秆水解液抑制剂耐受性研究

　　推荐：为解决木质纤维素生物炼制中水解液抑制剂抑制微生物生长代谢的难题，研究人员采用ARTP-UV复合诱变结合适应性进化技术，成功选育出槐糖脂(SLs)高产突变株U1-4，其产量较原始菌株提升36.32%，对甲酸、乙酸、丁香醛和香草醛等关键抑制剂的耐受性显著增强，为木质纤维素资源高效生物转化提供了高耐受性发酵菌种。

　　

玉米秸秆作为富含纤维素的可再生资源，经水解可转化为可发酵糖类，成为生产槐糖脂(Sophorolipids, SLs)的理想原料。然而，木质纤维素预处理过程中释放的甲酸、乙酸、丁香醛等抑制剂严重阻碍微生物生长，降低目标产物产量。传统解毒工艺成本高且易造成糖损失，因此通过菌种改良提升微生物对抑制剂的耐受性，成为提高木质纤维素生物炼制效率的关键突破口。

吉林农业大学的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表研究，创新性地采用常压室温等离子体(ARTP)和紫外线(UV)复合诱变技术，结合水解液胁迫下的适应性进化，成功选育出SLs高产突变株U1-4。该菌株不仅产量较原始菌株ATCC 22214提升36.32%，更展现出对多种水解液抑制剂的显著耐受性——在1.5 g/L香草醛条件下，SLs产量抑制率和细胞死亡率分别降低79.24%和68.13%。通过发酵工艺优化，最终在生物反应器中实现172.52 g/L的SLs产量，生产效率达0.80 g/(L·h)，为木质纤维素资源的高值化利用提供了关键技术支撑。

研究团队首先通过死亡率曲线确定ARTP(110秒)和UV(100秒)的最佳诱变参数，采用96孔板高通量筛选结合摇瓶复筛获得遗传稳定的突变株。利用甲基蓝染色法评估细胞死亡率，通过蒽酮法测定SLs产量。以玉米秸秆水解液为碳源，系统考察接种量、pH、油酸浓度等发酵参数对生产性能的影响，最终在5L生物反应器中完成工艺放大验证。

3.1 ARTP诱变筛选高产突变株
经110秒ARTP处理使菌株死亡率达96.92%，从404个突变体中筛选出产量提升16.15%的A6-326菌株，其五代遗传稳定性良好，为后续UV诱变奠定基础。

3.2 UV诱变获得耐受性增强菌株
对A6-326进行100秒UV辐照，死亡率达84.64%。突变株U1-4在摇瓶发酵中SLs产量达175.52 g/L，较原始菌株提升36.32%，且对水解液关键抑制剂的耐受性显著增强。

3.4 突变体抑制剂耐受性分析
研究发现U1-4对酚醛类抑制剂表现突出：在5 g/L丁香醛条件下，产量抑制率和细胞死亡率分别降低64.03%和58.11%；1.5 g/L香草醛使这两个指标下降79.24%和68.13%。弱酸耐受性同样改善，0.6 g/L甲酸处理组的抑制率降低63.74%。

3.5 发酵工艺优化
确定最佳条件为：接种量3%、pH 2.5、油酸浓度6%、葡萄糖80 g/L、30℃发酵9天。在此条件下SLs产量达194.45 g/L，葡萄糖利用率超99%。

3.6 生物反应器放大生产
规模放大至2.5L发酵罐后，虽然产量略有下降至172.52 g/L，但生产效率保持0.80 g/(L·h)，与同类研究相比具有竞争优势。

该研究通过创新性的复合诱变策略，首次系统揭示了Starmerella bombicola对木质纤维素水解液抑制剂的耐受机制。突变株U1-4不仅突破传统解毒工艺的局限性，更实现了以未解毒秸秆水解液为原料的高效SLs生产，为生物基表面活性剂的工业化生产提供了绿色解决方案。未来研究可进一步探索多抑制剂协同作用下的菌株适应性，并优化规模化发酵的工艺参数，推动木质纤维素生物炼制技术的产业化进程。