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本博士论文基于代谢工程理念,应用分子生物学技术对酿酒酵母进行遗传操作,分别缺失了编码甘油通道蛋白基因FPS1、编码三磷酸甘油脱氢酶基因GPD1和GPD2,目的是降低酿酒酵母甘油的生成量、增加胞内甘油积累,提高乙醇产量;同时,在构建的基因工程菌株中过量表达编码谷氨酸合酶基因GLT1,克服由于甘油通道蛋白基因FPS1与三磷酸甘油脱氢酶基因GPD缺失后所造成的细胞内氧化还原不平衡问题。本研究采用了一步基因置换法在出发菌株中分别缺失了FPS1、GPD1、GPD2,采用两步基因置换法构建了GLT1过量表达的菌株。然后将上述构建的单倍体菌株之间进行杂交产生α/a型的双倍体细胞,在特定的条件下使其产生有性孢子—子囊孢子,通过四分体拆分获得了10株不同遗传型的重组菌株。在厌氧的条件下对10株重组菌株进行分批间歇厌氧发酵,对它们的发酵特性进行分析。研究结果表明,重组菌株KAM-9 (fps1Δ::REPEAT gpd2Δ::REPEAT)的生长速率和葡萄糖的消耗速率略低于出发菌株KAM-2,而KAM-13 (gpd2Δ::REPEAT PGK1-GLT1)重组菌株的生长速率和葡萄糖消耗速率与出发菌株KAM-2比较没有明显差异,表明GLT1过量表达缓解了KAM-9菌株中的还原力失衡的问题;两株重组菌株的甘油生成量分别比出发菌株KAM-2降低了31.40%和36.22%,乙醇产量则分别比出发菌株提高了12.00%和15.56%;同时,与出发菌株KAM-2相比较,所有的重组菌株的乙酸和丙酮酸合成能力均有大幅度地下降;在KAM-10(gpd1Δ::REPEAT gpd2Δ::REPEAT)重组菌株中同时缺失GPD1、GPD2基因后,由于甘油合成的彻底阻断导致酵母细胞内的氧化还原出现严重的不平衡,菌株生长和葡萄糖利用缓慢,最终影响到乙醇的产量。本文建立了S. cerevisiae基因工程菌株的生化反应网络及计量学和通量平衡模型,分析了基因GPD2缺失与过量表达基因GLT1前后两株酵母菌株在厌氧条件下发酵的代谢通量分布。结果表明:基因工程菌株KAM-13底物碳源的通量进行了重新分配后,提高了乙醇产量。基因工程菌株KAM-9和KAM-13和出发菌株KAM-2相比在甘油生成量大幅降低的情况下仍然能够很好地维持胞内氧化还原平衡和保持细胞内外的渗透压平衡,证明通过阻断甘油合成并重建细胞内氧化还原平衡提高乙醇产量设想是可行的。