将CO2转化为燃料或化学品,实现其资源化利用,是同时解决资源和环境两大问题的一种可能方案.但CO2中的碳处于其最高的氧化态,要将其转化为能源及化学品,需要提供能量和还原力.因此化学转化并不是一条经济的路线.近五年来,大量研究表明,蓝细菌或者藻类可以光为能量来源,在常温常压下将CO2转化为包括乙醇、丁醇、丙酮、异丁醛、乳酸等在内的数十种化学品,最高的终产量可达g/L的量级.这表明生物法进行CO2的资源化利用具有一定的潜力.然而,以蓝细菌或藻类为代表的自养生物普遍具有生长速度慢的特点.比如,蓝细菌的倍增时间约为8-30 h,绿藻的倍增时间约为8-70 h.如此慢的生长速度,导致相应化学品的生产速率也非常低,与工业化要求相距甚远.相比而言,异养生物生长速度快(比如,大肠杆菌和酵母的倍增时间仅为20 min和2h),且已具备生产多种能源及化学品的生产能力,因而可能是一种更为理想的固碳宿主.但是,目前研究缺乏对异养生物中固碳效率的定量分析体系,极大制约了对异养固碳的理解和评估.为此,我们选取大肠杆菌为模式体系,通过导入卡尔文循环中的磷酸核酮糖激酶(phosphoribulokinase,PRK)和核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase,Rubisco),实现了大肠杆菌对CO2的固定.同时开发了针对其固碳效率的相对定量和绝对定量两种方法.结果表明,大肠杆菌中CO2的供给是一个限制性因素.当在大肠杆菌中引入蓝细菌特有的碳浓缩机制后,其固碳速率可到22.5 mg CO2 g DCW-1 h-1,与十四种自养蓝细菌和藻类的固碳速率(10.5-147.0 mg CO2 L-1 h-1)相当,表明了异养固碳的巨大前景.