随着工业生产的不断加快和生活水平的不断提高，二氧化碳的排放问题日益严峻。据统计，2014年全世界向大气中排放了约400亿吨因煤炭燃烧、天然气、汽车尾气和各种燃油而产生的二氧化碳。其中，中国以约100亿吨的排放量位居榜首。巨大的二氧化碳排放量造成温室效应加剧，为气候、生态环境及人类健康等多方面带来了影响。近年来，利用微生物电化学系统对二氧化碳进行固定，合成含碳有机物及能源物质受到了科学工作者的极大关注。然而，目前相关研究并不能做到二氧化碳固定后所得能源物质质和量的同时提升，无法在工业生产上大规模的应用。因此，本论文在新兴的生物电化学技术基础上，通过对比不同产物对二氧化碳固定的效果，加以装置改造、固定途径的选择和功能菌株的选育，将生产和生活中产生的二氧化碳进行最大程度的固定和转化，用以生产有价值的含碳有机物（如有机酸、甲烷等）。该研究可以为今后工业应用上原位固定二氧化碳提供依据，在二氧化碳排放的同时原位固定得到有附加值的产品，实现资源的可持续循环利用。主要研究内容及结果如下:　　1.在双室微生物电解池(Microbial Electrolysis Cells，MECs)中，通过对实验室前期构建已具有电化学活性的生物阴极为研究对象，探究混合菌群中功能微生物纯培养条件下同定二氧化碳的潜力及在MECs中的具体作用。对混合菌群进行分离纯化，共获得纯培养微生物34株，主要隶属于:假单胞菌（Pseudomonas）、柠檬酸杆菌（Citrobacter）、产碱杆菌（Alcaligenaceae）、嗜氢菌（Hydrogenophaga）和中型假食酸菌（Pseudacidovorax），并获得两株新菌。对其中与文献报道具有生物电化学活性的微生物进行了二氧化碳固定能力的筛选，随后进行厌氧产酸实验和纯菌MECs固定CO2合成含碳有机酸的实验，旨在研究功能菌株对CO2的固定效果。研究结果表明:YQ015(Citrobactersp.)及YQ034(Hydrogenophagasp.)具有厌氧及MECs产酸能力。YQ002(Pseudomonassp.)能够产生类似纳米导线的网状结构，在混合菌群MECs中承担电子传递的重要功能。　　2.对微生物电解池装置进行改造，采用课题组已取得成果的单室不锈钢阴极微生物电解池（single-chamber stainless steel cathode microbial electrolysis cell，SC-SSCMEC）与厌氧消化（anaerobic digester，AD）形成的耦合电辅助厌氧发酵系统(MEC-AD coupled system)，通过添加特殊功能菌Geobacter对阳级微生物膜进行改良驯化，提高MEC-AD coupledsystem对CO2的固定效率。研究结果:在MEC-AD系统中，成功驯化出以Geobacter和能与之进行直接种间电子传递(direct interspecies electron transfer，DIET)的模式产甲烷古菌Methanosarcina为优势菌群的阳级微生物膜，在保持MEC-AD coupled system获得的高纯度CH4(＞90％)的同时，得到了接近AD以乙酸为底物产CH4理论值的产量（360ml/g-COD），碳回收率高达98％。结果表明通过对微生物膜进行驯化改良，极大的提高了CH4的产量(290ml/g-COD→360ml/g-COD)。通过实验设计，对Geobacter与Methanosarcina分别在AD及MEC-AD中合成CH4的过程进行理论分析，研究Geobacter对MEC-AD系统的作用机理。结果表明，Geobacter能够减小阳极微生物的内阻来增强微生物膜的导电性，通过传递更多的电子来原位还原AD过程中生成的CO2，提高甲烷产量和能量效率。另一方面，本研究首次探究了Geobacter与Methanosarcina的DIET途径在MECs中促进甲烷产率的原理。本研究结果为工业生产中大规模利用DIET来原位固定CO2提供了理论基础。　　3.对固定CO2实验过程中分离所得新菌进行鉴定，旨在通过对具有合成含碳有机酸的纯菌基础理化性质的研究，为今后研究复杂的MECs固定CO2过程，提供更多的理论根据。研究结果表明:基于16S rDNA序列分析，获得疑似新菌BEY10T和BEY11T。16S rDNA序列比对结果显示，BEY10T和BEY11T其与亲缘关系最近的菌株为C.lundense DSM17049T(97.3％)和C.aminovalericum DSM1283T(97.2％)。对BEY10T进一步通过形态学鉴定方法（如革兰氏染色、鞭毛染色、电镜观察等）、生理生化特征（如温度、盐度、pH）、G+C含量测定、脂肪酸含量测定以及API20A和Biolog快速鉴定系统等对该菌株进行了分类鉴定。经鉴定，BEY10T为革兰氏染色阳性，短杆状，无泳动性，无鞭毛，严格厌氧，G+C含量为34.4mol％，与最相似菌株的DNA杂交同源性小于70％。主要脂肪酸(＞10％)为C20∶0，C18∶0 and C16∶0。通过表型、遗传型和生理生化特性可以确定其进化地位为一株克氏梭菌新种，定名为Clostridium liquoris。BEY10T获得保藏号ACCC00785=DSM100320。