微生物燃料电池利用具有电化学活性的微生物代替阳极的金属催化剂，是一种环境友好的新型能源。电化学活性微生物又称为产电微生物，能够利用环境中的营养物质通过呼吸作用完成电子从胞内传递给胞外电子受体的过程。产电微生物的发现，为绿色清洁能源研究开辟了新的方向，为利用绿色能源取代传统化石燃料，以及消除化石燃料燃烧带来的一系列环境问题指明了方向。目前发现的产电微生物的电能输出效率整体较低，没有统一的优势菌株，因而微生物燃料电池技术无法大规模普及到工业生产中。　　Shewanella oneidensis MR-1是产电微生物研究中的模式生物，属于革兰氏阴性、兼性厌氧菌，可利用多种电子受体，在多种环境下生长。本文选择其作为研究对象，目标是发现胞外电子传递过程中的关键基因和生化反应，目的为揭示胞外电子传递机制，以及通过基因工程或代谢工程的方法提高电子传递效率提供指引，同时探索了整合代谢网络与基因表达数据等多组学联合分析方法。　　首先从参与电子传递过程的关键电子介体入手，基于NCBI的基因注释信息和KEGG蛋白质代谢数据库，利用Merlin软件自动构建并加以修正，构建了S.oneidensis MR-1关键电子介体的代谢子网络，包含38个生化反应，76个代谢物和44个基因。将代谢子网络与已有文献中两个较全面的全基因组代谢网络iSO783与iMR1_799相比较，发现有24个相同的共同反应;与KEGG PATHWAY数据库中黄素与醌类代谢通路中的反应相比较，分别有6个和8个共同反应。通过网络拓扑结构分析，发现该代谢子网络具有小世界性和无标度性的特征，是一种典型的生物复杂网络。在该代谢子网络的生化反应中，醌类作为一种关键的电子介体，相关的生化反应占比重最大。　　然后进行全基因组代谢网络分析，选取iMR1_799代谢网络，利用了基于通量平衡分析原理和MATLAB软件的COBRA工具包，发现了直接、间接和黄素相关三种不同电子传递模式的关键生化反应共8个，对比发现关键生化反应仅有2个不在电子介体代谢子网络中。利用鲁棒性分析方法探讨电子传递效率与生长率之间的关系，发现电子传递与生长率不是简单的线性关系，故需要对生长率进行一定的控制，以提高电子传递效率，获得最大的电能输出。　　最后从基因表达的角度对电子介体代谢子网络基因进行分析，预测特定条件下微生物的胞外电子传递潜在通路。通过GEO数据库中获取的基因表达数据，利用基于R语言的Bioconductor工具包，发现有氧和无氧条件下的电子传递方式、关键基因和反应具有特异性。以乳酸基本培养基为例，有氧条件下以直接和间接电子传递为主，以MtrABC通路为主;无氧时以黄素相关电子传递方式为主，以MtrABC通路为主，DmsEF通路为辅。　　胞外电子传递关键基因和关键生化反应的发现，使得对产电微生物胞外电子转移机制的认识不断深入，对利用基因工程和代谢工程的方法筛选和培育高产电效率的菌株，具有一定指导意义。