圖1. 水鐵礦還原定向富集產氫梭菌Clostridium

此外，研究以產氫菌株為研究對象，通過轉錄組學、電化學、酶學和化學計量分析等方法，揭示了異化鐵還原過程促進產氫菌株富集并提高碳代謝和產氫效率的機制。研究發現，納米水鐵礦中的鐵還原過程與發酵過程相耦聯，使得產氫反應在熱力學上相對更加容易發生；鐵還原過程會接受電子，從而改變碳流和電子流的方向，產生更多氫氣；納米水鐵礦還能夠調控菌株基因表達，二組分系統（TCS）、葡萄糖磷酸轉移系統（PTS）、NADH脫氫酶和氫化酶等基因均被不同程度地被上調表達；此外，鐵還原過程還能夠消耗質子，緩解發酵過程中有機酸累積，維持pH值的相對穩定，從而更有利于氫氣產生（如圖2所示）。

圖2. 水鐵礦還原促進Clostridium pasteurianum 產氫途徑

系列研究建立了篩選高產氫菌株的技術方法，并且獲得了系列菌株資源。研究成果有助于促進微生物產氫領域的技術升級，為海岸帶區域經濟的綠色制造和可持續發展提供技術支持。相關研究成果已經陸續在ACS Sustainable Chemistry & Engineering (IF 6.97)、Fuel ( IF 5.128)、Bioresource Technology (IF 6.669)和Science China Technological Sciences等重要國內外期刊上發表。

本研究致謝中國科學院戰略性先導科技專項（A類）(XDA22050301)、國家自然科學基金委員會“水圈微生物驅動地球元素循環的機制”重大研究計劃培育項目(91751112))等項目資助。

參考文獻：

[1] Zhang Yuechao, Xiao Leilei, Hao Qinqin, Li Xin, Liu Fanghua^*, Ferrihydrite reduction exclusively stimulated hydrogen production by Clostridium with community metabolic pathway bifurcation. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2020, 7574-7580.（中科院一區，Top期刊）

[2] Zhang Yuechao^#, Liu Fanghua^#*, Hao Qinqin, Xiao Leilei^*, Target-oriented recruitment of Clostridium to promote biohydrogen production by nano-ferrihydrite. Fuel, 2020:118049.（中科院一區，Top期刊）

[3] Zhang Yuechao^#, Xiao Leilei^#, Wang Shuning, Liu Fanghua^*, Stimulation of ferrihydrite nanorods on fermentative hydrogen production by Clostridium pasteurianum. Bioresource Technology, 2019, 308-315.（中科院一區，Top期刊）

[4] Zhang Yuechao^#, Liu Fanghua^#*, Xu Hengduo Xiao Leilei^*, Extraction of electrons by magnetite and ferrihydrite from hydrogen-producing Clostridium bifermentans by strengthening the acetate production pathway. Science China Technological Sciences, 2019, 1719–1725.（中科院二區，有國際影響力的重要國內期刊）