大量使用化石燃料造成的环境问题与能源危机是目前全球面临的突出问题,氢气是一种清洁、高效、可再生的替代清洁能源,而生物制氢法是最为绿色的方法。其中,光合生物制氢可以直接将太阳能转化为氢能,是目前研究的热点。由于莱茵衣藻中氢化酶活性高、制氢成本低、遗传背景清晰,因此,是研究光合微藻生物制氢的模式物种。但莱茵衣藻制氢存在很多问题,例如:自然状态下微藻产氢量极低,特别是其光合放氧严重影响产氢酶的活性等。而利用藻菌共培养促进莱茵衣藻产氢是有效解决方法之一。本论文主要构建了莱茵衣藻与不同细菌共培养产氢体系,并对最优组合的性质和机理进行表征和初步分析。选择一株硫氧化菌、两株慢生根瘤菌和一株光合细菌分别与莱茵衣藻CC503进行共培养实验,主要考察不同细菌以及不同藻菌混合体积比例对藻的产氢量以及藻和细菌的生长状况进行比较分析。结果显示这四种菌株与衣藻共培养后都在不同程度上提高了衣藻的产氢效率和两者的生物量,其中硫氧化菌13031效果最好,最优藻菌混合体积比例为60:1,加入细菌的共培养体系产氢量是对照组纯藻体系的2.54倍。在最优产氢体系下,莱茵衣藻与13031形成了一种特殊结构-藻菌团聚物。使用光学显微镜、透射和扫描电子显微镜等仪器对体系中衣藻与细菌细胞的形态大小、分布格局以及表面形貌进行表征。同时使用超薄切片技术对藻菌细胞内部变化情况进行分析。发现藻菌团聚物是由于13031能够分泌产生微生物纳米线（Microbial nanowires,MNWs）,MNWs将细菌与衣藻细胞紧密地链接在一起,形成网状结构。超薄切片和淀粉含量检测均显示藻菌共培养体系中衣藻细胞内的淀粉粒含量明显高于纯藻体系。衣藻可通过淀粉代谢途径为产氢酶提供电子,是提高其产氢量的主要途径之一。通过原子力显微镜、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳和太阳能微电极电化学系统等仪器和技术对13031合成的MNWs进行形貌、组成成分以及菌膜导电性能进行研究。同时利用转录组对比分析产与未产MNWs的细菌基因表达差异。结果表明,13031合成的MNWs是一种长度不一、宽度不一,高度在2-7 nm之间,螺距为160 nm,具有良好导电性能的螺旋形蛋白MNWs,其单亚基分子量为33 k Da。转录组分析表明合成MNWs的细菌上调基因较多,并且电子传递功能基因上调较为显著。MNWs的导电能力也可能提高了藻菌共培养体系中衣藻氢化酶的电子接受能力,从而提高其产氢。