CO2的捕获与转化在将CO2转化为化学原料或生物燃料的同时,有利于实现人工碳循环闭环。其中微生物的CO2固定因其代谢途径灵活多样、还原产物附加值高的特点正成为一种优选策略。然而受限于固碳途径限速步骤的核心酶,微生物的固碳效率尚不能满足大规模应用。如何提高CO2固定的效率是微生物固碳技术需要解决的关键问题之一。本研究选用化能自养微生物罗尔斯通氏菌为底盘细胞,构建了一个强化CO2转运和固定能力的微生物电合成系统,通过固碳强化与还原力供给并行,实现从无机碳到多碳化合物的生物转化。本研究,首先从碳酸氢根转运、碳酸酐酶、前体物供应三大功能模块不断优化罗尔斯通氏菌内的卡尔文循环,并采用模块间组合优化策略强化微生物的固碳能力,筛选出的异源表达碳酸酐酶与CO2固定限速酶1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的工程菌株,借助微生物电合成的丰富还原力实现胞内聚羟基丁酸酯积累量达190.45±12.36 mg/g DCW,是对照菌（空表达载体）的1.41倍（135.54±13.84 mg/g DCW）。其次通过对微生物电合成体系的不断优化,确定了本系统的最优电合成条件:阴极电势为-0.8 V（vs.Ag/AgCl）,电子载体中性红浓度为0.1 mM,磷酸盐浓度为50 mM,（NH4）2SO4浓度为0.2g/L,工作电极为经单壁碳纳米管（SWCNTs）修饰的碳布电极,反应96 h后,工程菌株胞内的聚羟基丁酸酯积累量达到本研究最高产量:211.54±7.18 mg/g DCW,是对照菌（空表达载体）的1.56倍。最后对工程菌株的细胞活性和胞内活性氧进行了探索,证明了工程菌株能够在仅供给电能和CO2下进行正常的生长和代谢。这项研究阐明了一种微生物电合成体系下强化CO2转运与固定的策略,将CO2高效转化为聚羟基丁酸酯,为增强罗尔斯通氏菌的固碳能力及目标产物合成开拓了新思路。