基于基因组功能解析的尿素分解芽孢杆菌QCSJ3封装化自修复水泥复合材料研究及其应用潜力

本研究针对水泥基材料裂缝修复难题，由巴西南部研究人员开展微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术研究。通过全基因组测序鉴定尿素分解菌Bacillus bombysepticus QCSJ3，开发封装化微生物自修复体系。实验表明添加尿素的封装菌株可使400μm裂缝完全愈合（100%），抗拉强度提升19%，为气候适应性基础设施提供创新解决方案。

　　

通过基因组学与功能表征研究，科学家揭示了从巴西南部碳酸盐富集土壤中分离的本土尿素分解菌——家蚕败血芽孢杆菌（Bacillus bombysepticus）QCSJ3的生物学特性。全基因组测序分析显示该菌株具备完整的尿素分解途径遗传机制（ureolytic pathway），包含脲酶基因及相关调控元件，能够驱动碳酸钙（CaCO₃）沉淀过程。研究人员将菌株以游离形式和微胶囊封装形式掺入水泥基复合材料，在添加/不添加尿素（urea Supplementation）的条件下进行系统性评估。

经过70天养护后，采用尿素补充的封装菌株处理组展现出卓越的自修复性能：可实现宽度达400μm裂缝的完全愈合（100%修复率），并显著提升材料抗拉强度19%。游离菌株应用组也观察到高达86%的裂缝闭合率。该研究证实了将微生物 biotechnology 与建筑材料融合的可行性，通过微生物诱导矿化（microbially induced carbonate precipitation, MICP）技术开发出自修复复合材料，能有效减少高碳排放的修复作业频率，延长结构使用寿命，助力气候韧性（climate-resilient）基础设施建设。研究成果从基因组学和功能实验双重角度支持封装化尿素分解微生物作为符合可持续发展目标13（SDG13——气候行动）的可规模化推广的生态高效解决方案。