氢气被认为是替代日益减少的化石能源的可再生能源之一。相比于其他传统工业制氢的方法，生物制氢是在常温常压下进行的、对环境友好的方法。本论文将围绕暗发酵和光发酵产氢微生物产氢代谢途径和调控研究，主要分为两个部分:1)分离了暗发酵产氢系统中的优势产氢菌产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）并研究了它的产氢代谢途径;2）研究了光发酵产氢的代表菌株类球红细菌（Rhodobater sphearoides6016）的乙酰化调控。　　在本课题的前期研究中，10L CSTR混合菌群暗发酵产氢系统达到的产氢效率为3.11 mol H2/mol蔗糖（即1.56 mol H2/mol己糖），经过16S rRNA比较测序分析以及基于铁氢酶hydA基因的克隆建库测序分析，发现该系统在产氢高峰期的优势产氢菌为产气荚膜梭菌。本论文工作从该混合菌群暗发酵产氢体系中分离出了产气荚膜梭菌，并命名为W11。产氢实验结果表明，W11的氢气转化效率为1.5 mol H2/mol葡萄糖，与混合菌群的产氢效率非常接近，进一步证实了之前的产氢群落分析结果。　　为了减少潜在的危害，利用Targetron基因敲除技术将产气荚膜梭菌的毒素基因plc敲除，构建菌株W12。产氢发酵结果表明，W11和W12的产氢能力、产乳酸丁酸乙酸的能力相似。为了进一步提高产气荚膜梭菌的产氢能力，敲除了编码乳酸脱氢酶的ldh基因，构建了菌株W13，其氢气、乙酸和丁酸的产量与W11相比，分别提高了51％，26％，和57％，而乳酸的产量则降至接近0。在W13的基础上，敲除了产丁酸途径的第一步的酶乙酰CoA乙酰基转移酶atoB，构建了菌株W14。W14的氢气产量下降至W13的44％，丁酸产量也下降至0，但是乙醇产量却大大提高了。在W14的基础上，敲除了乙醇脱氢酶基因adh，构建了菌株W16，但乙醇产量并没有降低，氢气产量也与W14接近。将地杆菌属的3-磷酸甘油醛铁氧还蛋白氧化还原酶(GAPOR)在W13中表达，期望构建新的3-磷酸甘油醛的代谢途径，但是没有观察到W13和W13(GAPOR)菌株间产氢量的差别。　　为了研究类球红细菌中的乙酰化调控，首先通过序列比对，在类球红细菌中找到三个去乙酰化酶，分别是cobB，rsp1137和acuc1。在光合自养条件下，cobB/rsp1137双突变株和cobB单突变株的生长速率显著慢于野生型。　　类球红细菌中的RubisCO大亚基CbbL在乙酰化质谱库中被发现K179和K335位点受到了乙酰化修饰。为了研究乙酰化修饰是否影响蛋白的功能，分别用谷氨酰胺和精氨酸取代这两个位点的赖氨酸，来模拟乙酰化修饰和去乙酰化修饰。光合自养实验表明，当K179和K335位点被突变后，类球红细菌的生长受到了剧烈的影响，除了K335R突变株有缓慢的生长外，其余的突变株均不能生长。　　FnrL是类球红细菌四吡咯合成途径中的调控因子，在类球红细菌乙酰化质谱库中发现FnrL的223位赖氨酸被乙酰化修饰。实验表明，当FnrL的223，213和175位赖氨酸都突变成谷氨酰胺时，FnrL对hemN转录激活作用显著降低，导致了hemN的催化底物类卟啉原Ⅲ的积累，但是K213和K175位点在体内是否真的被乙酰化修饰还需要验证。　　暗发酵产氢菌Clostridium perfringens W11的生长速度极快，超过了已知的所有梭菌属暗发酵产氢菌株，这是它的优势之一。在进行遗传改造之后，能提高氢气产量50％并且菌株的生长速度没有受到影响，说明该菌株的可改造能力和适应能力极强。但是Clostridium perfringens的产氢能力距理论最高值4mol H2/mol己糖还有1.7mol H2/mol己糖的提升空间。　　光发酵产氢菌Rhodobater sphearoides6016的RubisCO大亚基的K179和K335位于酶活反应中心，如果其受到乙酰化修饰，那么酶活会受到影响而导致自养生长缓慢。FnrL的三个赖氨酸位点都在DNA结合结构域，被乙酰化修饰后正电荷被中和，与DNA的结合能力将受到影响。与光合作用途径相关的FnrL和RubisCO的乙酰化调控研究为原核生物的乙酰化调控开辟了一项全新的领域。