乙醇型发酵是三种主要厌氧产酸发酵类型之一。乙醇型发酵产氢细菌具有产氢效率高、耐酸性强、自凝集生长、乙醇-H2协同生产和发酵产物可直接被产甲烷菌利用等优势,但目前对乙醇型发酵产氢产乙醇代谢调控机制的研究还不全面,利用乙醇型发酵从废水/废弃物中实现能源和资源的高效回收仍是一项挑战。本研究基于多组学研究策略,系统深入地揭示了乙醇型发酵产氢功能菌-哈尔滨产乙醇杆菌（Ethanoligenensharbinense）完整的遗传进化关系,构建了哈尔滨产乙醇杆菌的乙醇-H2协同代谢调控网络。利用PacBioSMRT单分子实时测序技术构建了哈尔滨产乙醇杆菌的全基因组图谱和DNA甲基化修饰图谱。结果表明,哈尔滨产乙醇杆菌与其它已知产氢细菌间的遗传相似性较低,基因组大小约2.97～3.10Mb,共注释到3020～3153个基因,其中大部分基因在DNA特异位点或基序上发生甲基化修饰,并确定其产氢代谢途径是由丙酮酸-铁氧化还原蛋白氧化还原酶（PFOR）催化的乙醇-H2协同发酵代谢途径。利用高通量RNA测序（RNA-seq）和同位素标记相对与绝对定量(iTRAQTM)技术深入阐明了不同生长阶段哈尔滨产乙醇杆菌的乙醇-H2协同代谢调控网络。结果表明,哈尔滨产乙醇杆菌主要生长代谢过程均受到多层次的基因表达调控,其中翻译后修饰调控（磷酸化/乙酰化）对哈尔滨产乙醇杆菌的乙醇-H2协同代谢至关重要。[FeFe]-氢化酶、铁氧化还原蛋白、乙醇脱氢酶和乙酸激酶等乙醇-H2协同代谢关键酶通过基因表达调控以及蛋白与蛋白间的相互作用,共同调控哈尔滨产乙醇杆菌的乙醇-H2协同代谢过程。pH对不同发酵产氢类型的形成至关重要,显著影响发酵产氢系统的稳定性和产氢效能。本研究在成功构建哈尔滨产乙醇杆菌乙醇-H2协同代谢调控网络的基础上,从基因转录水平阐明了其在不同初始pH条件下的代谢调控机制和对低pH条件的响应机制。结果表明,不同初始pH条件下哈尔滨产乙醇杆菌的转录组中共有1753个差异表达基因,主要通过调控与细胞生长、基础代谢以及趋化和抗性相关的基因表达网络来适应低pH条件。较低初始pH条件（pH4、pH5）使细胞生长和产酸相关基因显著下调表达,但没有显著抑制产氢代谢相关的[FeFe]-氢化酶和铁氧化还原蛋白等编码基因的表达;而较高初始pH条件（pH8）主要抑制产氢代谢和产酸相关基因的表达。哈尔滨产乙醇杆菌的乙醇-H2协同代谢过程不仅受到氢化酶、铁氧化还原蛋白、乙醇脱氢酶等代谢关键酶的基因表达调控,还取决于转移到[FeFe]-氢化酶的电子的可用性和电子流的分布。本研究构建了哈尔滨产乙醇杆菌与电活性细菌共培养的乙醇型发酵-微生物电解池（microbial electrolysiscells,MECs）耦合系统,以及其与兼性好氧细菌共培养的乙醇型发酵连续流移动床生物膜反应器（movingbed biofilm reactor,MBBR）制氢系统,提出了通过共培养方式定向调控电子流以强化乙醇型发酵产氢的有效策略。结果表明,共培养的哈尔滨产乙醇杆菌与电活性地杆菌（Geobacter sulfurreducens）存在种间互养互作,并在MECs电极表面形成活性生物膜,通过两菌间纳米线样的紧密物理接触促进电子转移和物质交换。共培养MECs的最大产氢速率约为76mL/L-培养基·h,氢气产率为2.01mol-H2/mol-葡萄糖,约是非电化学共培养体系的1.3倍,是哈尔滨产乙醇杆菌单一培养体系的2倍;乙醇在共培养体系中的比例也大大提高,说明两菌共培养可以通过改变电子流显著提高产氢效率并促进代谢产物的定向生成。此外,哈尔滨产乙醇杆菌与兼性好氧铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）共培养可以通过两菌间的呼吸互作,为乙醇型发酵细菌创造适宜的厌氧环境,保证其在连续流MBBR中的生物量和产氢活性,实现连续流制氢反应器的快速启动。共培养MBBR的累计产氢量可达N2曝气处理反应器的71.87%,说明与兼性好氧细菌共培养的除氧方式可作为乙醇型发酵连续流生物制氢反应器快速启动、提高发酵产氢能力的良好策略。