高密度发酵是提高产物生产速率、缩短发酵周期的有效手段,但是培养基中的细胞密度过高,将会对细胞产生胁迫作用,不利于细胞的生长和正常工作。本文将高密度发酵应用于酿酒酵母乙醇中,将酵母细胞在1g/L、5g/L、10g/L、20g/L和40g/L等五种接种密度下发酵。利用系统生物学的分析手段,从脂质组学、代谢物组学、蛋白组学的角度分析了接种密度对细胞的影响。通过比较五种接种密度下酵母细胞的发酵性能,我们发现:提高接种密度能够使细胞更快地进入指数生长期;高密度能够降低细胞的净增长,提高目标产物乙醇和副产物甘油的产量。脂质组学研究表明,高密度的生存条件下肌醇含量降低,抑制了PI的合成的同时促进了PS、PG合成;为了适应高密度的生存环境,酵母细胞通过降低饱和脂肪酸和短链脂肪酸的合成调节膜结构的物理化学性质;同时酵母细胞中具有保护作用的麦角固醇大量合成。代谢物组学的研究表明,高密度下三羧酸循环途径受到抑制,甘油和脯氨酸等对细胞具有保护性作用的分子合成增大,提高了细胞对环境的适应能力,同时,肌醇和乙醇胺等与磷脂合成相关的物质也合成受到影响,与磷脂组学数据相吻合。同过蛋白质组学分析发现,高密度下酵母细胞受到热胁迫、氧化胁迫等压力,细胞内热休克基因编码的分子伴侣以及一些必需基因编码的蛋白参与酵母细胞的胁迫响应。