1.1 研究背景

随着能源、环境和粮食问题的日益严重，世界各国在生物能源科学与技术领域的竞争越来越激烈。我国科技部在《”十二五”生物技术发展规划》中明确提出，开发非粮生物乙醇等生物能源产品制造过程的共性关键技术和专用设备，着力推进生物能源产业的发展^[1]。农业秸秆、废弃木材等木质纤维素材料来源广泛、成本低廉、可以再生，因此，以木质纤维素材料为原料的生物乙醇生产技术具有巨大的产业化发展潜力^[2]。

以木质纤维素材料为原料的生物乙醇生产过程一般包括原料预处理、酶解、乙醇发酵和乙醇精制等主要步骤^[3]。在木质纤维素材料的预处理及酶解过程中，木质素会降解成4-羟基苯甲醛、丁香醛、阿魏酸、对香豆酸、香草酸、香草醛、松伯醇、紫丁香醇等小分子酚类化合物，这些小分子酚类化合物对发酵微生物的毒性，是影响木质纤维素水解液乙醇发酵效率的主要原因之一，所以木质素耐受酵母的选育尤为重要。

微生物遗传育种，即菌种改良，是运用遗传学原理和技术对某种具有特定生产目的的菌株进行改造，以达到改变微生物的性状，提高产品的产量和质量的目的。这种方法可以降低生产成本，提高经济效益，同时可简化工艺，获得活性更高的新成分。目前工业育种方法较多，主要分为物理诱变、化学诱变、基因重组等，其中物理方法中紫外诱变的应用较广。紫外线主要作用于DNA和RNA，这是因为DNA和RNA的嘌呤和嘧啶有很强的紫外光吸收能力，最大的吸收峰在260nm，因此在260nm的紫外辐射是最有效的致死剂。对于紫外辐射对DNA的作用机理有多种解释，目前普遍被人接受的是紫外线使DNA分子形成嘧啶二聚体，即两个相邻的嘧啶共价连接。二聚体出现会减弱双键间氢键的作用，并引起双链结构扭曲变形，阻碍碱基间的正常配对，从而有可能引起突变或死亡。二聚体的形成，会妨碍双链的解开，因而影响DNA的复制和转录紫外辐射可以引起转换、颠换、移码突变或缺失等。

1.2 研究现状及分析

1.2.1 木质素成分的毒性

在木质纤维素材料的预处理及酶解过程中，木质素会降解成一类小分子酚类化合物，这些小分子酚类化合物是木质纤维素水解液中存在的主要毒性成分^[4]。发酵中，不同木质素成分对微生物的毒性不同。对丙酮-丁醇-乙醇联产菌株拜氏梭菌(C. beijerinckii BA101)来说，阿魏酸的毒性最强，对香豆酸次之^[5]。对乙醇发酵微生物来说，4 -羟基苯甲醛 、香草醛的毒性比糠醛的毒性强^[6]。酚类化合物、糠醛和乙酸等成分对酿酒酵母有毒性，用乙醚将酶解液中的这些毒性成分去除，能使其酒精发酵的乙醇产率提高16%，提高后的乙醇产率与葡萄糖对照组相同^[7]。

此外，不同微生物在不同生长期对木质素成分表现出不同的耐受性。丙酮-丁醇-乙醇联产菌株拜氏梭菌(C. beijerinckii BA101)对丁香醛的耐受性比大肠杆菌(E. coli KO11和E. coli LY01)强得多。在大肠杆菌的培养过程中，当接种后的第一天加入1.0g/L的丁香醛时，75%的大肠杆菌的生长被抑制，如果在培养48小时后再加入丁香醛，则有48%的菌株的生长受到抑制^[8]。

1.2.2 工业育种的方法

工业中采用的诱变方法很多，主要分为物理诱变、化学诱变、基因重组等。物理诱变主要有紫外线(UV) 、离子注入诱变、γ- 射线、微波、 激光等方法；而化学诱变中普遍使用的化学诱变剂有烷化剂、碱基类似物、抗生素、叠氮化物、亚硝酸、羟胺和吖啶等。它们是一类能和DNA起作用而改变起结构，并引起DNA变异的物质。