近半个世纪以来,种间H₂/甲酸转移被认为是微生物间电子传递的主要途径。然而,近年来研究发现某些电活性微生物与产甲烷菌之间存在可替代种间H₂/甲酸转移以实现电子传递的种间直接电子传递（Direct Interspecies Electron Transfer,DIET）。通过DIET方式,产甲烷菌可从与其共生的微生物中直接获得电子还原CO₂产甲烷,该方式极大地提高产甲烷的效率和产甲烷的量。虽然近年来微生物种间直接电子传递耦合还原CO₂研究取得了很大进展,但是目前对DIET方式耦合产甲烷中的微生物、导电材料对DIET方式产甲烷的影响及DIET方式产甲烷的机制还缺乏深入研究。本论文首先研究了Geobacter grbiciae作为电子供体微生物与Methanosarsina barkeri 800通过DIET方式耦合代谢乙醇或丙酸/丁酸产甲烷的可能性,以丰富DIET中的电子供体微生物;其次,以水稻田沉积物为接种物、乙醇为底物,从自然环境中富集潜在的通过DIET方式耦合产甲烷的co-culture;然后,研究了接种量及不同条件下制备的牛粪基生物炭对Geobacter metallireducens GS-15与M.barkeri 800 DIET方式耦合代谢乙醇产甲烷的影响;最后,运用转录组测序分析解析了G.metallireducens GS-15与M.barkeri 800 co-cultures DIET方式耦合还原CO₂产甲烷的机理。主要研究结果如下:（1）在颗粒活性炭或纳米Fe₃O₄的介导下,G.grbiciae能作为电子供体微生物与M.barkeri 800通过DIET方式形成co-culture,且该co-culture能耦合代谢乙醇产甲烷,但不能耦合代谢丙酸或丁酸产甲烷,该研究丰富了DIET方式还原CO₂产甲烷co-culture中的电子供体微生物。（2）以水稻田沉积物为接种物、乙醇为底物富集到了能够耦合代谢乙醇、丙醇及丁醇产甲烷的富集培养物,在该富集培养物耦合代谢乙醇、丙醇及丁醇产甲烷过程中没有监测到H₂,且导电材料能提高富集培养物产甲烷速率,表明该富集培养物存在DIET;宏基因组分析表明富集培养物中细菌主要以变形菌门的Desulfovibrio aminophilus和厚壁菌门的Sedimentibacter sp.B4为主,古细菌主要以甲烷杆菌目的unclassified-g-Methanobacterium和甲烷八叠球菌目的Methanosarcina mazei为主。（3）相比于高的G.metallireducens GS-15/M.barkeri 800共培养物接种量（10%）,低共培养物接种量（5%）有利于生物炭介导G.metallireducens GS-15与M.barkeri 800 co-culture体系产甲烷;控制生物炭炭化时间为2 h,400oC炭化获得的生物炭对G.metallireducens GS-15/M.barkeri 800 co-culture产甲烷促进效果最明显;控制生物炭炭化温度为400oC,炭化时间为2.5 h制备的生物炭对G.metallireducens GS-15/M.barkeri 800 co-culture产甲烷促进效果最佳;生物炭理化特性表征分析表明,生物炭的炭化温度和炭化时间主要影响生物炭表面官能团、pH、比表面积及孔径,进而影响DIET产甲烷。（4）M.barkeri 800中的Cytochrome b（Cytb）、F₄₂₀-reducing hydrogenase（Frh）、Ech hydrogenase（Ech）、heterodisulfide reductase（Hdr）及F₄₂₀H₂dehydrogenase（Fpo）在G.metallireducens GS-15与M.barkeri 800 co-culture DIET方式耦合还原CO₂产甲烷中发挥重要作用。Cytb介导电子从G.metallireducens GS-15传递至M.barkeri 800并将电子传递给oxidized methanophenazine（MP）将其还原为reduced methanophenazine（MPH₂）。Hdr利用MPH₂将CoM-S-S-CoB还原为CoM-SH及CoB-SH,而在质子跨膜电势作用下Fpo利用MPH₂将oxidized coenzyme F₄₂₀(F₄₂₀)还原为reduced coenzyme F₄₂₀(F₄₂₀H₂)。Frh氧化部分F₄₂₀H₂产生H₂,在质子跨膜电势作用下Ech利用产生的H₂将oxidized ferridoxin(Fd_ox)还原为reduced ferredoxin(Fd_red)。