近年来，以化学燃料为基础的化学工业导致了严重的空气污染，而其中二氧化碳的排放是气候变化的重要影响因素，因此传统化工业正在开始向绿色低碳生物制造过渡。生物乙醇是一种较为环保的燃料，相比于普通燃料，它更加纯净，耗氧量更低，燃烧更加充分，有利于减少温室气体的排放。

利用酿酒酵母合成乙醇是一种快速，环保，经济的生产方法，但是如何提高乙醇产量和生产效率仍然是一大挑战。在发酵过程中渗透压、有机溶剂胁迫、温度、离子胁迫、氧化应激等因素都会影响酵母的乙醇产量，一系列物理、化学诱变、基因工程以及代谢工程的手段被用于开发乙醇合成能力较强的酿酒酵母突变株。然而，由于缺乏能够快速表征乙醇合成的高通量筛选方法，研究人员只能使用生长指标等进行初步筛选，无法准确表征乙醇合成能力。

近日，广西科技大学牛福星、龙秀锋团队通过ARTP随机突变技术和基于三苯基-2H-四唑氯化铵（TTC）及前体物丙酮酸（或丙酮酸自由基离子）与Fe3+发生络合反应呈现黄色（Py-Fe3+）的双重高通量筛选方法，成功建立了高产乙醇酿酒酵母高效突变及高通量筛选体系，相关研究以“A High-Throughput Screening Procedure (Py-Fe3+) for Enhancing Ethanol Production by Saccharomyces cerevisiae Using ARTP Random Mutagenesis”为题发表在Processes上。

研究团队建立并实施了一种新的酿酒酵母诱变筛选策略。发酵培养基中硝酸铁与丙酮酸（或丙酮酸自由基离子）反应形成的黄色物质在OD520处具有很强的线性关系。来自同一酿酒酵母的衍生酵母的乙醇发酵能力与发酵液中丙酮酸的浓度成反比。通过ARTP诱变构建大容量突变库，并通过高通量Py-Fe3+筛选方法，筛选出具有高糖耐量的突变酿酒酵母菌株。进化的酿酒酵母NT-F1的乙醇产量达到135.58 g/L，生产效率达到81.64%，比出发菌株GJ2008高20.46%。本研究所建立的方法及其应用将有效促进酿酒酵母培养物的高精度筛选，并提高乙醇合成的效率。
   

背景信息

研究团队所使用的ARTP诱变育种仪是天木生物联合清华大学相关团队共同开发的世界上首台利用等离子体手段对微生物进行诱变育种的专用仪器。该仪器突变率高，并且结构紧凑、操作简便、安全性高、诱变速度快，一次性诱变操作（数分钟以内）即可获得大量突变库，极大地提高了菌种突变强度和突变库数量；ARTP技术结合高通量筛选技术，可实现对生物快速高效的进化育种。常压室温等离子体（ARTP）同传统的低压气体放电等离子体源相比，具有等离子体射流温度低、放电均匀、化学活性粒子浓度高等特点。该仪器可以用于原核生物（如酵母、放线菌等）、真核生物（如霉菌、酵母、藻类、高等真菌等），不同型号的设备可以处理不同的对象，如ARTP-P可以对植物（花粉、种子、胚芽），动物（受精卵、幼苗）等等。