以电活性微生物为基础的微生物电催化系统,包括微生物燃料电池、微生物电解池、微生物电合成等,是治理环境污染源和开发新型能源的新一代技术,有着广阔的应用前景。然而,电活性微生物可利用的碳源谱过窄已经成为制约微生物电催化系统产业化应用的重要瓶颈。针对电活性微生物可利用的底物范围过窄这一问题,本文以模式产电微生物Shewanella oneidensis MR-1为研究对象,分别从强化乙酸利用,提高电池库伦效率和构建“Klebsiella pneumoniae-S.oneidensis”混菌产电系统利用纤维素水解液产电两方面出发,极大地直接或间接拓宽了希瓦氏菌底物利用范围。主要研究结果如下:1.工程改造希瓦氏菌利用乙酸产电:首先,采用分子生物学方法表达来自Geobacter sulfurreducens的ato1、ato2基因（乙酸辅酶A转移酶）和来自S.oneidensis的glt A基因（柠檬酸合酶）,成功构建三个工程菌（Ace U1、Ace U2和Ace U3）。实验结果显示Ace U3利用乙酸能产生最大的功率密度8.3±1.2m W/m²;Ace U3强化乙酸利用最大功率密度为51.0±3.1 m W/m²,库仑效率高达12.4%,分别是对照菌株的2.4倍和2.0倍。本研究中利用分子生物学方法强化希瓦氏菌利用乙酸产电,进一步扩大希瓦氏菌电子供体范围,提高电池库仑效率。2.构建混菌产电系统利用纤维素水解液产电:首先,在K.pneumoniae中,通过敲除adh E（乙醇脱氢酶）和pta（磷酸乙酰转移酶）阻断乙醇和乙酸的合成,使更多的碳通量流向乳酸合成;其次,通过表达乳酸脱氢酶（ldh D）和转运蛋白（lld P）,增强乳酸的合成与转运。在高度疏水性S.oneidensis CP-S1的基础上,外源引入核黄素合成路径,同时增强产电菌与电极直接接触和核黄素介导的电子传递途径,极大地强化了希瓦氏菌的胞外电子传递效率。研究发现,接种比例为OD_{600K.pneumoniae:S.oneidensis}=0.1:0.5,底物浓度为20 m M葡萄糖:20 m M木糖时,工程型混菌产电系统（KG-3:CP-S1-C5,KG-3:敲除乙醇脱氢酶与磷酸乙酰转移酶,过表达乳酸脱氢酶和转运蛋白;CP-S1-C5:敲除腐胺合成,过表达核黄素路径）可获得104.7±10.0 m W/m²的功率密度,比野生型（KG-1:WT,均为野生型）和敲除型（KG-2:CP-S1,KG-2:敲除乙醇脱氢酶与磷酸乙酰转移酶,过表达乳酸脱氢酶;CP-S1:敲除腐胺基因）分别提高7.2和2.2倍,利用纤维素水解液的最大功率密度23.5±6.0 m W/m²。研究结果显示,构建混菌产电系统是一个间接拓宽希瓦氏菌底物利用范围的有效策略。