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人类的生存和发展都离不开能源，能源的短缺已经成为当前国际社会急需解决的难题之一；氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，被视为21世纪最具发展潜力的能源，已逐渐成为能源界关注的热点。 发酵法生物制氢技术在工艺改进、运行调控、扩大原料利用范围及高效菌株筛选等方面都取得相当大的进展。决定发酵法生物技术实现产业化的关键指标是提高系统的产氢能力和降低生产成本。在菌种产氢能力方面，各国学者致力于从自然界或产氢反应器中分离筛选更高产氢的野生菌株，同时也利用传统的诱变手段及基因工程手段改良产氢菌种，以缩短获得高产氢菌株的历程。 针对提高野生菌株的产氢能力，本文改进传统的育种手段对野生产氢菌EthanoligenensharbinenseZGX4进行诱变育种，经稳定性考察后得到一株产氢能力可提高40％左右的产氢突变株YR-3，并对其发酵行为进行了深入探讨。利用AFLP技术及双相蛋白电泳（2-DE）技术分别对其进行酶切后的基因多态性和蛋白质组学分析，初步分析了高产突变菌株的产氢代谢突变机制。 通过对比不同诱变因子对产氢细菌ZGX4的诱变效应，确定紫外线+亚硝酸复合诱变方式对产氢细菌ZGX4的诱变效果最佳。利用这种处理方式筛选到产氢能力提高较大而且有较好絮凝能力的突变菌株。对分离培养基LM-1进行了简化，结合直接涂布分离培养法，采用紫外线和亚硝酸复合诱变筛选获得一株高效产氢突变菌株YR-3，生理生化指标和形态特征分析结果表明，YR-3的表型上已经发生了明显变化。 采用间歇培养实验分别对YR-3的培养条件进行单因子探讨，并进一步利用中心组合设计和响应面法（RSM）对影响YR-3发酵产氢能力的四种因素（mC/mN、PBS浓度、初始pH、生物素）进行了分析，确定YR-3发酵产氢的最适培养条件：温度37±1℃，初始pH6.0，磷酸盐缓冲液80mM，mC/mN5.5，生物素1.4mg/L。 间歇培养实验对比野生菌株ZGX4菌株和突变菌株YR-3的产氢性能，结果表明，突变株YR-3仍然为典型的乙醇厌氧发酵细菌，液相代谢产物中的乙醇和乙酸摩尔浓度比值在1.7～2.2，比野生菌株ZGX4的乙醇和乙酸摩尔浓度比值高24.1～37.5%，而且显示很强的产氢代谢能力，最大比产氢速率为2.85molH2/mol葡萄糖，是对照菌株ZGX4（2.04molH2/mol葡萄糖）的1.40倍；最大单位细胞产氢速率为37.5mmol/gCDW·h，是对照菌株ZGX4的1.48倍。 利用连续流方式培养突变菌株YR-3，证实了突变菌株显现出较强的产氢能力。以葡萄糖为底物，72h内YR-3的累积产氢量为29.7LH2/L-培养液，是对照ZGX4（20.1LH2/L-培养液）的1.5倍。YR-3的最大比产氢速率为2.52molH2/mol葡萄糖，比野生菌株ZGX4（1.79molH2/mol葡萄糖）提高约40%左右；以糖蜜为底物，72h内YR-3的累积产氢量为16.2LH2/L-培养液，是对照ZGX4（9.76LH2/L-培养液）的1.7倍。YR-3的平均产氢速率最大为13.1mmolH2/g·CDW·h，是对照ZGX4（8.3mmolH2/g·CDW·h）的1.6倍。 借助AFLP技术和2-DE研究手段对突变菌株YR-3的突变机制进行了探讨，证实产氢突变菌株YR-3遗传基因组发生了部分变异。确定突变株YR-3的乳酸脱氢酶基因和乙醇脱氢酶（ADH）基因发生了变化，可能是引起YR-3代谢产物中乙醇和乙酸摩尔比值提高的原因。结合2-DE技术和质谱技术分析和比较YR-3和ZGX4蛋白表达发现，突变体YR-3在总蛋白的种类、数量上发生了变化，并且发现1，6二磷酸醛缩酶和电子传递黄素蛋白表达量增强了4倍，进而提高电子传递速度，这可能是产氢变体YR-3产氢速率提高的本质原因。