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磷化氢在自然界中的赋存具有多样性和广泛性的特征,决定了磷化氢作为磷生物地球化学循环的一部分起着重要的作用。此外,磷化氢被视为生物信号气体探究宇宙未知生命。因此,探究自然界中磷化氢的来源问题具有重要的意义。磷化氢的非生物来源已获得深刻认知,而对磷化氢生物来源的认知存在很多的争议。迄今为止,微生物产生磷化氢的机理仍然是个谜。本研究通过在厌氧消化过程中富集产磷化氢的微生物群落,分析代谢产物与磷化氢的关系,阐明了微生物厌氧消化释放磷化氢的特征,探明了厌氧消化产磷化氢关键步骤;以筛选的产磷化氢功能菌为研究对象,通过分析功能菌底物脱氢,胞外聚合物,代谢通路和磷代谢相关基因等阐述了微生物产磷化氢的机理。研究结果对进一步完善磷生物地球化学循环提供科学的依据,为磷化氢作为生物信号探究宇宙生命提供证据支持,也为磷化氢资源化磷的研究提供理论参考。主要研究成果如下:（1）阐明了厌氧消化释放磷化氢的特征。研究表明厌氧消化第一阶段,有机物的水解间接促进磷化氢产生;第二阶段,产氢产乙酸过程释放磷化氢;第三阶段产甲烷抑制磷化氢的产生。代谢产物分析发现可生物降解的有机物水解产丁酸间接促进磷化氢的产生,同步产氢气和乙酸直接促进磷化氢的形成,磷化氢生成的最优p H范围为6.0-7.0;厌氧消化过程中抑制甲烷的产生有效地促进了磷化氢的产生,最大磷化氢的浓度为110mg m-3,远高于对照组20μg m-3;分子生物学研究表明Azotobacter产生氢气,Ruminococcaceae产酸促进了磷化氢的产生。（2）揭示了碳源影响磷化氢的产生效应。以三羧酸（TCA）循环L-苹果酸和柠檬酸作为碳源进行了研究,研究发现L-苹果酸作为碳源易被微生物吸收利用,代谢产物以乙酸为主,乙酸最大浓度673 mg L-1远高于乳酸最大浓度31 mg L-1,产生磷化氢的平均浓度为210 mg m-3;柠檬酸作为碳源微生物利用效率较低,代谢产物以乳酸为主,乳酸最大浓度为150.18 mg L-1高于乙酸最大浓度35.31 mg L-1,产生磷化氢的平均浓度为105mg m-3;培养基中加入烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）,磷化氢的产率相比对照组提高了17%,NADH抗氧化性能及提供还原力[H]促进了微生物产生磷化氢,底物脱氢过程产生的还原力是形成磷化氢的关键。结果表明微生物利用L-苹果酸产生乙酸形成还原力促进了磷化氢的产生,脱氢酶与磷化氢的产生呈线性关系,而柠檬酸代谢产生乳酸消耗还原力不利于磷化氢的生成,脱氢酶与磷化氢的产生无相关性。（3）筛选并鉴定了高产磷化氢的功能菌。分离的产磷化氢的菌株被命名为Pseudescherichia sp.SFM4,与Pseudescherichia vulneris亲缘关系相近（97%相似度）。SFM4属于Proteobacteria门,Gammaproteobacteria纲,Enterobacteriales目,Enterobacteriaceae科和Escherichia属。SFM4生成磷化氢的最佳初始条件是p H 7.47,氮,碳和磷的负荷分别为6.17、300和10 mg L-1,对磷化氢产量的影响程度按降序排列为:p H>氮负荷>磷负荷>碳负荷;磷化氢浓度增大,OD600和DNA的浓度增大,可溶性微生物代谢副产物对应的荧光强度相应增大,结果表明微生物在对数生长期大量产生磷化氢,代谢通路分析也表明在微生物产磷化氢的过程中基因复制和翻译所占的丰度最高。（4）揭示了功能菌SFM4产磷化氢的机理过程。研究表明微生物产磷化氢的机理为无机磷通过磷转运系统进入细胞合成含C-P键的有机磷化物,有机磷化物接受丙酮酸再生和氢气利用提供的还原力[H],在磷酸酶和磷酸盐还原酶的作用下生成磷化氢。在SFM4能量代谢过程中大分子葡萄糖被SFM4分解代谢产生丙酮酸的过程未产生磷化氢,而丙酮酸通过TCA循环再生的过程产生了磷化氢,磷化氢的最大浓度为78 mg m-3,该阶段产生了最大的氢气量2.5 mg L-1;SFM4产磷化氢的过程出现聚集现象,需要达到一定的细菌密度和稳定性才能产生磷化氢,磷化氢可能是微生物群体感应释放的信号分子,微生物对磷化氢的刺激产生响应,紧密型-胞外聚合物（T-EPS）蛋白质浓度增加,而多糖含量减少,挥发固体物（VS）的浓度增大;EPS分析表明了磷化氢的产生在胞内而非胞外;外源氢作为电子供体有助于磷化氢的形成,其中原子氢[H]作为电子转移的载体对于磷化氢的形成至关重要,加入原子氢淬灭剂叔丁醇20 mmol L-1时,完全抑制磷化氢产生;磷代谢功能基因的测定表明,SFM4产生磷化氢的元素磷来自磷酸酶对细胞内有机磷的分解,尤其是含C-P键的有机磷。（5）构建厌氧消化-微生物电解池（AD-MEC）强化产磷化氢。当阴极电位从-0.3 V改变到-0.9 V,在-0.9 V电流密度最大接近-0.03 A m-2,磷化氢的浓度最大为192 mg m-3,阴极电位对磷化氢的生成产生积极的作用,气态磷化氢的形成导致反应系统中磷的赤字,实现了24%的总磷资源化。综上所述,厌氧消化微生物产氢产乙酸是释放磷化氢的关键步骤,氢气以及产酸形成的NADH提供了还原力[H]促进了磷化氢的产生,此外,微生物在胞内分解有机磷提供产生磷化氢所需的磷源。研究结果为深刻了解微生物产磷化氢的机理提供了依据,为磷化氢的资源化利用提供技术支持。