#2026第11届生物基大会暨展览 将于5月20-22日在上海举办。展会将以“11场主题论坛+7大同期活动+1000个新品展示+1场行业评选”为载体，打造上下游交流平台，助力产业全面绿色转型。

同期将举办“ 第5届生物基前沿科技青年科学家论坛（颁奖+奖金）”，以“让生物基青年科学家被看见”为主旨，共设置80场青年报告，高校和科研院所团队火热报名中！

纤维素生物乙醇是化石燃料的重要可再生替代能源，可缓解污染、助力碳中和，但现有技术因缺乏能高效利用纤维素水解液中 C5/C6 糖混合物、耐受水解液抑制剂的工程微生物，导致其经济化生产受阻。

运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）作为天然产乙醇菌，具备 ED 代谢途径、高乙醇产率 / 生产率、耐酸性、无噬菌体污染风险等工业优势，是理想的纤维素乙醇生产底盘菌，但该菌为多倍体，基因工程改造难度大，且天然菌株的乙醇耐受性不足，亟待改造优化。

【SynBioCon】获悉，近日，湖北大学杨世辉教授团队联合西安交通大学费强教授团队，以农业工业废弃物玉米芯残渣为原料，通过基因工程改造运动发酵单胞菌构建耐乙醇工程菌株，实现了从实验室到中试规模的纤维素生物乙醇高效发酵，并验证了该工艺的商业化潜力与环境效益，为木质纤维素生物质的高值化利用和可持续生物乙醇生产提供了可行方案。

相关研究以“Engineering ethanologenic bacterium Zymomonas mobilis for economic cellulosic bioethanol production using agro-industrial waste corncob residue”为题，发表在《Synthetic and Systems Biotechnology》上。

01基因修改筛选高性能菌株

以运动发酵单胞菌 RJK01 为出发菌株，利用基因编辑系统，结合敲除、过表达耐乙醇相关基因构建工程菌株。在含9.5%（v/v）乙醇的培养基中，多基因改造菌株表现更优，其中ZET5性能最优，生物量（OD600）提升约1.4倍，乙醇产量较对照提高122%，显著优于此前同类改造策略。

ZET5 的高效性源于“能量重分配 + 蛋白保护” 协同作用：ZMO0128敲除减少菌株应激下的主动运输能量消耗，使资源向抗逆机制倾斜；groELS-grpE过表达增强蛋白稳态，防止乙醇和抑制剂导致的蛋白变性，二者共同提升菌株在高乙醇和多抑制剂环境中的鲁棒性。

02多尺度酶解与发酵工艺验证稳定性良好

以木糖生产后的玉米芯残渣（纤维素 59.8~65.6%）为原料，采用补料分批酶解工艺，在 5 L、50 L、70 m³ 反应器中实现 22~25% 固含率的高效酶解，72 h 内葡萄糖浓度稳定在 140~150 g/L，18 批次酶解结果证明工艺稳定性良好。

利用 ZET5 菌株，直接以未灭菌的酸性 CRH（pH4.5，含乳酸、乙酸、糠醛等抑制剂）为底物，在 5 L、50 L、30 m³ 发酵罐中进行发酵，乙醇滴度 > 60 g/L，得率 > 0.47 g/g，生产强度 > 3.0 g/L/h，三规模下性能高度一致，证明工艺稳健。

运动发酵单胞菌的耐酸性和产乙醇特性，使水解液无需调 pH 和灭菌，在 30 m³中试规模的发酵中，5.4 吨干玉米芯废渣可产出 1.29 吨乙醇，发酵周期仅16 h。该特性既降低化学试剂和能耗成本，又利用乙醇快速积累抑制杂菌生长，简化了工业生产流程。

03技术经济分析，验证经济效益与环境效益

以年产能 1.6 万吨乙醇为基准，基于 Aspen Plus 工艺模拟和 NREL 模型进行技术经济分析（TEA）分析，最低售价位于0.58–0.79 美元/kg区间，具备与当前化石乙醇（1.08 美元 / kg）及粮食基乙醇（0.89 美元 / 千克）竞争的能力。

利用木质素等副产品增值、提升酶效率 / 回收利用率，可进一步降低生产成本，提升工艺经济竞争力。

以生产 1 MJ 乙醇为例，进行全生命周期碳排（LCA）分析，全球变暖潜势（GWP，CO₂当量）为 34.54 g CO₂e，相较化石汽油（87.4 g CO₂e/MJ），减排幅度达 57%。

按欧盟碳市场（EU ETS）当前碳价（100 €/t CO₂）测算，每吨生物乙醇可获得约130美元碳收益，进一步提升经济竞争力。

04总结与展望

ZET5整合了能量节约与蛋白稳态增强双重策略，首次在30 m³级工业发酵罐中验证了其在高固载、高抑制物玉米芯水解液中的稳健表现，证明Z. mobilis可成为木质纤维素生物炼制的工业底盘菌。

除玉米芯残渣外，玉米秸秆、小麦秸秆、甘蔗渣等 agro-industrial wastes 同样适用该技术体系，具备跨区域、跨作物的普适性。

该研究提供了从菌株改造→工艺放大→TEA+LCA验证的完整研发范式，证明纤维素乙醇并非“技术可行、经济不可行”的命题，而是可通过系统集成、靶向改造、关键节点优化实现落地的现实路径。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.synbio.2026.01.025

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