随着能源危机、食物短缺等问题的日益严重，以纤维素、半纤维素等为发酵底物的纤维素乙醇受到广泛重视。嗜热厌氧杆菌X514 (Thermoanaerobacter sp. X514) 能同时利用半纤维素、木聚糖聚合物以及纤维素生物质中所包含的己糖，戊糖等高效产出乙醇，很有潜力应用于纤维素乙醇的生产。

首先，对X514在不同培养基中的生长及代谢特征进行分析发现：1190培养基优于GS-ΙΙ和2473培养基。分别在1190培养基中添加不同浓度的酵母提取物和初始葡萄糖时发现：在0.5 g/L~2 g/L范围内，酵母提取物浓度的增加能提高X514的生物量，乙醇的产出浓度及乙醇产率；在2 g/L~10 g/L范围内，葡萄糖浓度的增加可提高乙醇等产物的产量而不会改变各产物的产率，糖消耗量并不随着初始底物浓度的增加而线性增长。在碳源及氮源充足的情况下，对X514的乙醇耐受性进行考察的结果表明，其最高耐受酒精浓度为3%(v/v)。

其次，本文对X514含有酵母提取物的培养基进行了优化。单因子实验证明对X514的乙醇发酵起主要影响作用的有六种B族维生素及氯化铵、pH、氯化镁。以这九种影响因子为变量，应用Plackett-Burman实验设计方法，筛选出X514乙醇发酵的极大影响因子为氯化铵、烟酸及硫胺素。用最陡爬坡实验确定了影响因子最佳取值区域后，利用响应面方法优化合成培养基。优化结果显示：当以5 g/L葡萄糖为底物时，在氯化铵、烟酸及硫胺素的浓度分别为1.05 g/L, 6.4 mg/L及7.0 mg/L的条件下，X514的乙醇产量达到最优理论值34.46 mmol/L，和实验值相当，是原始矿物质培养基中乙醇产量的5.1倍。

第三，本文详细研究了X514在1190矿物质培养基中，在底物分别为葡萄糖、木糖、葡萄糖和木糖混合物条件下的生长和代谢。研究表明，虽然葡萄糖更有利于X514的生长，但是在含有木糖的碳源条件下，X514发酵的乙醇产率高于只含有葡萄糖的情况，证明木糖的存在有利于X514的发酵向乙醇方向进行。

最后，本文通过测定酶活的实验证明，B族维生素中硫胺素对X514的乙醇产出具有显著作用的原因可能是，硫胺素可以提高丙酮酸脱氢酶复合体及铁氧还蛋白偶联的丙酮酸脱羧酶的活性，这两种酶活性的提高有助于提高乙酰辅酶A的产出，进而促进X514的乙醇产出。

As problems such as energy crisis and food shortage are becoming increasingly serious, cellulosic ethanol, which utilizes substrates such as cellulose, hemicellulose to produce bioethanol, has attracted worldwide attention. Thermophilic ethanol producing anaerobe Thermoanaerobacter sp. X514 can ferment a variety of substrates, such as hexose and pentose decomposed from hemicellulose, xylan polymer and cellulose to generate ethanol with high yield, which makes it a promising strain in cellulosic ethanol production.

The thesis firstly analyzed the growth and metabolism of X514 in different media, finding 1190 medium to be more suitable than GS-II and 2473 media for X514. Respectively, different concentrations of yeast extract and initial glucose were added into 1190 medium, finding that increases of yeast extract concentration in the range of 0.5 g/L to 2 g/L lead to an improvement in biomass, ethanol yield, and also the ethanol conversion rate of X514. In the range of 2 g/L to 10 g/L, the increase of initial concentration of glucose could increase the ethanol yield of X514, but the conversion rates of products would not change. The glucose consumption would not increase accompanied with substrate addition. Our experiment results also showed that, in condition that the carbon source and nitrogen source were sufficient, the highest concentration of ethanol which X514 could tolerate was 3%(v/v). 

Secondly, the thesis has optimized the medium containing yeast extract of X514. In the primary screening experiment，six kinds of vitamins among B family vitamins and NH4Cl, pH, MgCl2 were found to be the main components contributing to the ethanol production of X514. Then, these nine variables were introduced in the Plackett-Burman design, and the results revealed that among the nine factors in the synthetic medium, NH4Cl, nicotinic acid and thiamine were critical factors for ethanol production of X514. Determined the ranges of these three critical factors by the steepest ascent experiment, Response Surface Methodology (RSM) was applied to the optimization. It was found that the fermentation can theoretically reach its maximum, when the concentrations of NH4Cl, nicotinic acid and thiamine reached 1.05 g/L, 6.4 mg/L, and 7.0 mg/L, respectively. Under the optimal condition, with 5 g/L glucose as the substrate, the predicted ethanol production was 34.46 mmol/L，in good agreement with the experimental production, which is about 5.1 times the original ethanol production of X514 in mineral medium. 

Thirdly, the growth and metabolism of X514 under different substrates, including sole glucose, sole xylose and mixed glucose and xylose, were examined in details. The results showed that X514 preferred consuming glucose in all three cases. However, when xylose was among the substrates added into the media, the ethanol conversation rate of X514 was higher, which could mean that the metabolism tended to move towards ethanol production.

Finally, this paper also studied why thiamine among B family vitamins played a key role in promoting ethanol production of X514. Enzyme assay experiments illustrated that thiamine can improve the activities of pyruvate dehydrogenase complex and ferredoxin reductase. The promotion of these two enzymes can improve the output of acetyl coenzyme A and eventually promote the growth and ethanol production of X514.