化石能源正以惊人的速度被消耗,有关专家预计全球的石油资源将在50年内消耗殆尽;煤炭资源按当前的消费水平,也只能维持200年左右的时间;天然气资源若是年开采量维持在2.3万亿立方米,则将在80年内枯竭。化石燃料的大量使用,使CO₂的浓度持续增加,对环境造成了严重危害。面对化石能源的枯竭和环境的污染,寻找具有竞争力的可再生清洁能源得到了广泛的关注,可再生能源的开发利用已经成为人类发展非常迫切的需求。以合成气（CO、CO₂和H2）为原料制造乙醇、丁醇等大宗化学品技术日益受到了人们的重视。同时,合成气发酵产业的发展能够推动工业原料路线的战略转移,从源头控制工业污染源,对于破解环境污染和资源制约具有重大意义。合成气合成的方法分为两种,化学合成法和微生物发酵法。相较于化学合成法,微生物发酵法具有成本低廉,适应性广,操作简单和产物的特异性好等优点。自然界中存在一类名为产乙酸菌的厌氧微生物,可利用H2+CO₂或者/和CO作为碳源进行自养生活,它们在自养生活的过程中可以合成如乙醇、丁醇等液体燃料以及其它具有工业应用价值的代谢终产物。使其成为合成气微生物发酵过程中理想的催化剂。本研究以实验室保藏的C.carboxidivorans P7菌株为研究对象,该菌属于产乙酸菌的一种,代谢产物有乙醇、丁醇、己醇、乙酸和丁酸。产物代谢途径主要包括两个阶段:碳固定与产物合成两个阶段。通过Wood-Ljungdahl途径利用CO₂或CO合成重要中间代谢物乙酰辅酶A,它既可以被用来合成细胞骨架,也可以通过产物代谢途径生成乙醇、丁醇、己醇、乙酸和丁酸。我们研究了高浓度锌元素条件下C.carboxidivorans P7合成气发酵的调控特征及其分子机制。一定浓度范围之内,随着初始锌离子浓度的增加（0⁵60μM）,C.carboxidivorans P7发酵的生物量和醇类物质的产量都随之增加。利用荧光定量PCR研究了锌离子添加量为280μM体系下,菌株C.carboxidivorans P7的Wood-ljungdahl途径以及酸醇代谢途径中的各功能基因的表达水平变化发现参与固碳功能的acsA,fdhⅡ,fdhⅢ,fdhⅤ,以及产物合成途径中buk和bdh35基因相对表达量有显著升高的现象。同时,adh基因和CoAT基因也有明显提升。说明在锌胁迫条件下,C.carboxidivorans P7是通过提高参与固碳功能基因以及醇脱氢酶基因的表达水平来实现合成气发酵整体效率的提升。在Wood-ljungdahl途径以及酸醇代谢途径中,大部分酶的功能中心含金属元素。因此我们还选择了在C.carboxidivorans P7合成气发酵途径中重要酶类的必须金属元素——锌、钼、镍进行培养基的优化实验以提高C.carboxidivorans P7产物中醇含量,为工业化生产以及金属元素在生物体内的作用提供理论依据。结果表明,单一金属元素的培养基优化结果来看,当培养基中去除钼元素,镍元素为8.4μM时,C.carboxidivorans P7生物量积累和目标产物产量均有提高。与钼元素和镍元素不同的是,C.carboxidivorans P7菌生物量积累和目标产物含量随着锌元素浓度的升高而升高。同时通过元素组合优化得出Mo（0μM）/Zn（70μM）/Ni（8.4μM）培养基最有利于C.carboxidivorans P7的产物中醇含量的增加,这意味着不同金属元素之间在生物体内具有相互影响,该配比最终醇的总产量达到7.13 g/L,相比标准培养基提高了3倍。