在全球能源绿色低碳转型和我国推进能源安全、双碳目标的背景下，发展纤维素乙醇具有重要战略意义。纤维素乙醇以秸秆等非粮生物质为原料，可减少对粮食和化石能源的依赖，促进农林废弃物规模化利用、交通燃料减碳和可再生碳循环。与粮食乙醇相比，纤维素乙醇的非粮资源潜力和减碳空间更大，但原料降解难、外源酶成本高等问题仍制约产业发展。整合生物炼制（Consolidated BioProcessing，CBP）将产酶、糖化与乙醇发酵合并于同一微生物过程，可简化工艺并降低成本。当前真菌整合生物炼制技术一步发酵生物质合成乙醇过程成本仍需进一步降低，如何以低成本无机氮源维持纤维素降解和乙醇合成，是提升过程经济性的关键。

中国科学院天津工业生物技术研究所田朝光研究员带领的真菌合成生物学研究组，以嗜热毁丝霉纤维素乙醇一步发酵菌株YL913为研究对象，从无机氮源替代造成的发酵性能下降入手，发现硫酸铵并未限制菌体生长，主要瓶颈在于胞外蛋白分泌、纤维素解构与乙醇合成之间的协同被打破；组学分析表明，硫酸铵增强氮同化和氨基酸合成，却削弱纤维素分解与乙醇形成；进一步分析发现α-酮戊二酸是三羧酸循环中间体和铵同化的关键碳骨架，谷氨酸、谷氨酰胺则承担氮基团分配，三者共同构成碳氮耦联枢纽，而焦磷酸硫胺素（thiamine pyrophosphate，TPP）供给这一连接氮源适应与中心碳代谢的关键节点。补加TPP可使硫酸铵乙醇产量由14.3 g/L提升至23 g/L。在此基础上，团队通过强化内源TPP代谢并增强TPP依赖的乙醇合成通路，显著提升了无机氮源条件下菌种的乙醇合成效率。在发酵罐中，以硫酸铵为氮源、无需外加TPP即可生产49.5 g/L乙醇，较未添加TPP的亲本菌株提高约31.6%，接近使用有机氮源水平。该研究实现了利用廉价无机氮源硫酸铵生物质一步发酵合成纤维素乙醇，为真菌纤维素乙醇整合生物炼制技术的产业化奠定了坚实基础。

该研究相关成果发表于Biotechnol Biofuels Bioprod期刊，天津工生所和中国科技大学联合培养硕士生陈家兴、博士后刘佳为论文共同第一作者，天津工生所田朝光研究员和李金根研究员为论文通讯作者。该研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、广西科技重大专项和国家自然科学基金等项目支持。

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纤维素乙醇CBP菌种改造示意图