聚羟基烷酸酯（PHA）是一类由微生物合成的热塑性线性高分子聚合物,因其具有良好生物可降解性、生物相容性和与石化塑料相似的机械性能,是一种非常具有前景的石化塑料的替代品,对于解决石化塑料引起的环境问题有很重要的意义,其中,聚-β-羟基丁酸酯（PHB）是存在最广泛的一种PHA均聚物。然而,PHA的生产成本较高,阻碍了 PHA的广泛应用。PHA的生产成本主要来自底物成本,廉价底物的开发是降低PHA生产成本的重要途径之一。甲烷是全球第二大温室气体,具有丰富的来源,若以甲烷为底物合成PHA,不仅能实现PHA生产成本的降低,同时能够减少温室气体的排放,而且废弃的PHA产品在厌氧条件下可以被微生物分解转化为甲烷,重新进入PHA合成过程。目前,利用甲烷合成PHA的研究多以纯菌为菌种,以混合菌群代替纯菌可进一步降低PHA生产成本,但对于非无菌条件下具有稳定的高PHA合成能力的甲烷氧化混合菌群的驯化条件尚不清楚,而且甲烷氧化菌PHA合成特性的调控因素也尚未探明。针对这些问题,本论文,首先以MethylosinustrichosporiumOB3b为菌种,探究了甲烷氧化菌PHB合成特性的调控因素和代谢机理,然后以活性污泥为菌种,在不同环境压力下,进行甲烷氧化混合菌群的驯化,解析了混合菌群PHB合成能力与微生物群落结构的关系,探索了共底物和氮源调控混合菌群PHA合成能力的方法。主要研究内容和结果如下:（1）分别以NH₄⁺、NO₃^-和N₂为氮源,通过改变Cu²⁺浓度控制不同形式甲烷单加氧酶（MMO）的表达,探究了氮源对表达不同MMO甲烷氧化菌的生长和PHB合成特性的影响。结果显示,甲烷氧化菌对氮源的响应受MMO的调控。以NH₄⁺为氮源的条件下,溶解性MMO（sMMO）表达时,甲烷氧化菌的生长速率较高（0.64day-1）,而颗粒性MMO（pMMO）表达时,甲烷氧化菌的生长受羟氨和亚硝酸盐抑制,但具有较高的PHB含量（45.2%）。以N03-为氮源时,表达pMMO的甲烷氧化菌具有较高的生长速率（0.61 day-1）和PHB含量（51.0%）。以N₂为氮源的条件下,甲烷氧化菌的生长速率较低（0.22-0.23day-1）,sMMO表达时的PHB含量,与以NH₄⁺和NO₃^-为氮源时相比,无明显变化,但pMMO表达时的PHB含量明显下降,仅为32.1%。构建NO₃^--N₂循环培养模式,与持续N₂培养相比,固氮生长表达pMMO的甲烷氧化菌的生长速率和PHB含量分别提高了 50%和26.2%,证明长期的N₂培养会抑制表达pMMO甲烷氧化菌的活性。（2）探究了 CH₄和O₂及生物气常见含硫化合物对N03-培养表达pMMO的甲烷氧化菌PHB合成特性的影响,发现生长段和PHB合成段最适甲烷氧气比分别为1:1和2:1。在甲烷浓度固定的条件下,不存在N₂时氧气浓度对甲烷氧化菌PHB合成的影响规律与存在N₂时不同。不存在N₂时,甲烷氧化菌的PHB合成对氧气具有较高的耐受能力。而存在N₂时,若仅在氧气耗尽时更换顶空气体,PHB含量先上升后下降,若在PHB开始降解时更换顶空气体,PHB含量和PHB生产效率在0.2 atm O2时较高,分别为55.5%、和12.5 mg/L/h,但氧气浓度高于0.3 atm时,PHB合成受到抑制。研究表明生物气中的H2S可以促进甲烷氧化菌的PHB合成,但二甲基硫醚对甲烷氧化菌的生长和PHB合成有明显的抑制作用。（3）以甲烷和氮气为唯一碳源和氮源,在不同氧气和Cu²⁺浓度条件下,从剩余活性污泥中富集驯化具有高PHB合成能力的混合菌群,结果显示甲烷氧化混合菌群的PHB合成特性主要受Cu²⁺浓度的调控。含Cu²⁺培养基中驯化的混合菌群具有较高的PHB合成能力,PHB含量为43.2-45.9%,而不含Cu²⁺培养基中驯化的混合菌群的PHB含量较低,仅为11.9-17.5%。进一步实验结果表明,含Cu²⁺培养基中0.2 atm O2条件下驯化的混合菌群具有最佳的PHB合成能力,其不仅具有较宽的最适甲烷氧气比范围,而且存在N₂时,PHB含量可增至48.7%。虽然甲烷为唯一的底物,但所有混合菌群都主要由异养菌构成,异养菌丰度为77.2-85.6%,混合菌群中的甲烷氧化菌由四种II型菌构成,主要为 Methylocella 和 Methylosinus。（4）考察共底物对含Cu²⁺培养基中0.2 atm O₂条件下驯化的混合菌群PHA合成的影响,发现最适共底物为丙酸和苹果酸,其最适浓度分别为0.4mmol/L和0.2mmol/L,可使PHA含量分别提高至65.7%和72.8%,而且通过结构分析发现,以丙酸为共底物时,PHA为3-羟基丁酸（3-HB）和3-羟基戊酸（3-HV）的共聚物,而添加其它共底物时,仅有PHB生成。为提高持续固氮生长的混合菌群的生长速率和PHA合成能力,对混合菌群进行短暂NO₃^-培养,结果表明接种量为20%时,含Cu²⁺培养基中0.2atmO2条件下驯化的混合菌群的PHA合成能力最佳,其生物量浓度和PHA含量分别提高了 68.5%和11%,相应的PHA生产效率提高了约2倍,而且在长期NO₃^--N₂循环培养模式中,其依然可以保持稳定的高PHA合成能力,PHA含量与持续氮气培养相当。