基因工程改造秸杆发酵产氢的关键技术研究
基因工程技术在农业生产中的应用
基因工程技术在农业生产中的应用一、本文概述随着科技的飞速发展，基因工程技术已成为21世纪最具潜力的科技领域之一。
其中，基因工程技术在农业生产中的应用，更是引起了广泛的关注和深入的研究。
本文旨在全面概述基因工程技术在农业生产中的应用，包括其发展历程、主要技术类型、实践案例以及前景展望。
我们将通过深入分析这些方面，以期更好地理解基因工程技术在农业生产中的价值和意义，以及它如何帮助我们应对日益严峻的食品安全和生态环境问题。
我们将回顾基因工程技术在农业生产中的发展历程，从最初的基因克隆到现代的基因编辑技术，展示其如何一步步改变农业生产的面貌。
接着，我们将介绍基因工程技术的主要类型，包括基因克隆、转基因技术和基因编辑等，以及它们在农业生产中的具体应用。
然后，我们将通过一系列实践案例，来具体展示基因工程技术在农业生产中的实际效果。
这些案例将涵盖作物改良、动物育种、农业生态等多个方面，旨在全面展现基因工程技术的多样性和广阔应用前景。
我们将对基因工程技术在农业生产中的前景进行展望，探讨其在提高农产品产量和质量、改善农业生态环境、应对气候变化等方面的巨大潜力。
我们也将对基因工程技术在农业生产中可能面临的挑战和争议进行讨论，以期为我们未来的研究和应用提供有益的参考。
本文旨在全面概述基因工程技术在农业生产中的应用，以期为我们深入理解这一领域提供有益的帮助。
我们希望通过这篇文章，能够激发更多人对基因工程技术在农业生产中的兴趣和关注，共同推动这一领域的发展，为人类的未来农业生产和食品安全贡献我们的力量。
二、基因工程技术在农业生产中的基础原理基因工程技术，也称为遗传工程技术或DNA重组技术，其基础原理主要依赖于对生物遗传物质——DNA的深入了解和操作。
基因工程的核心在于将外源基因（即来自不同物种的DNA片段）导入受体细胞，并使其在其中表达，从而产生所需的蛋白质或表现出特定的性状。
DNA的复制与表达：DNA作为生物体的遗传蓝图，通过复制过程传递给后代，并在细胞中通过转录和翻译过程表达为蛋白质。
中科院过程所开发成功3000t／a秸秆发酵乙醇示范项目
国内外石油化工快报
・ ２ ７
质高效转化微生 物菌种选 育与 优化 、 热解脱 碱金属生物质获取 内醚葡萄糖及其综合利用 课题 ， 分别由中国科学院过程工程研究所、 中 国科学院微生物研究所和中国科学院生态环
醇 。采用 了二十多项具有 自主知识产权的新 技术 ， 中秸秆不加酸碱汽爆处理技术、 其 秸秆 固相酶解发酵 一 气提分离乙醇耦合体系和纤 维素酶固态发酵系统具有创新性。在中国科 学院高技术研 究发展 局组织 的项 目验收会 上， 专家一致认 为该项 目完成 了任务书所规 定的各项指标 ， 建议尽快 实现万吨级规模 的
维普资讯
２ － 国 内外石 油 化工 快 报 ６
第 ３ 卷 ９期 （０６ ６ ２０ ）
５ ．其 它
中 山大 学 学 生发 明 固态 碱 催化“ 泔水 变油＂ 成功
由中山大学生命科学 学院的学生 黄晓
气分离和液化流程 ， 处理后 的液化天然气 纯 度可 达 ９ ％ 以上 ， ９ 排放 气 中 甲烷 含量 小 于 １ 解决了煤层气利用难题 。 ％，
含量极少 ， 已超出仪器所能测量的精确范围。 黄晓琳等组成的研发 团队在查阅了国内 外大量的资料时 ， 发现 目前 欧洲普遍采用 的 均相碱催化法 ， 尽管设备 和催化剂成本 都不
化工艺 。一种是采用独特配方 的混合制冷剂 流程 ， 适用于每天液化 ２ ０万 ｍ 以上 的煤层 ３ 气液化装置 ； 另一种 是采用并联透平膨胀机 制冷 的流程 ， 适用于每天液化 ２ ０万 ｍ 以下 ３
增加 了很多其它杂质。针对矿井抽放的低浓 度含氧煤层 气的分离难题 ， 中科院理化所 采
用低温分离方法 ， 开发 了一步法分离液化煤 层气 的工艺 ， 以在液化煤层气的同时 ， 可 就把 氧气 、 氮气都分 离出来 ， 既简化设 备 ， 又降低 能耗。该分离工艺具有便 于操 作、 能耗物耗
秸秆制备氢气工艺技术研究
秸秆制备氢气工艺技术研究摘要：近年来，随着人们对能源的需求剧增，石油价格持续攀升，能源短缺和环境污染问题已对我国经济的可持续发展带来严峻的挑战。
因此，寻找替代能源、开展可再生能源的研究，对于维护国家的能源战略安全、减少环境污染具有十分重要的意义。
本文介绍了目前集中以生物质制取氢气的方法。
关键词:生物制氢;厌氧发酵;棉花秸秆;发展前景目前，人类所使用的商品能源中，95%是化石能源。
在能量消耗中比重最大的是石油，约占能源消耗总量的45%，煤炭约占30%，天然气约占21%。
而这些矿物燃料都是不可再生的能源，在地球上的储量是有限的。
世界煤炭储量估计约为10万亿吨，据目前开采速度大约可以维持400年;世界石油总储量约3000亿吨，其中探明储量1240亿吨，以1989年的开采水平可维持40年，即使地球上总储量全部被开采，也维持不了七、八十年。
世界天然气储量发展中国家和工业化国家各占一半，因为发展中国家生产力水平低，其储量和产量比为9年，而工业化国家仅为39年。
同时，随着有限储量的化石燃料(煤炭、石油和天然气)的减少、能源需求的不断增长、，化石燃料燃烧(生成二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等)造成的环境污染、温室效应和酸雨，使21世纪的能源面临巨大挑战世纪的人类面临巨大挑战。
面对着严峻的能源危机与环境污染，促使社会、经济、社会和环境协调发展，实施可持续发展战略己经形成共识。
因而，开发利用新能源的开发和利用，以替代非再生能源，已成当今世界迫切和现实的研究课题之一。
许多国家正加紧研究开发、利用太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能和氢能等代替能源。
1 生物质制备氢气20世纪90年代，世界上氢气的生产情况，以前利用煤炭、石油和天然气制备氢气占世界氢气生产总量的96％左右，利用生物质等其他资源制备氢气基本上还处于实验研究阶段。
经过十多年的发展，目前大约只有5％的氢是通过可再生资源的转换制取。
生物质的能源转化制氢方法主要有两种：一种是微生物转化法，另一种是热化学转化法。
转基因工程的应用
转基因工程的应用转基因工程是一种新兴的生物技术，经过多年的发展和实践，已经在农业、医疗、工业等方面得到广泛的应用。
本文将着重介绍转基因工程在农业、医疗、工业三个方面的应用，以期能够更全面地了解这种技术的意义和价值。
一、转基因在农业中的应用农业是转基因工程应用的最主要领域之一。
目前，转基因农作物已经广泛种植，主要包括玉米、大豆、棉花、油菜、马铃薯等多种作物，这些作物可以增加产量、抗病虫、改善品质等方面的特性。
1. 增加产量转基因技术可以增加农作物的产量，例如增加抗草甘膦的转基因玉米可以减少对除草剂的依赖，从而减少人工耕作的负担，提高生产效率。
通过改良作物的光合作用效率和叶片大小等特性，也可以提高农作物的生产力，增加产量。
2. 抗病虫通过转基因技术改良作物，使其具有抗病虫的特性，可以减少农民对农药的依赖，降低农药对环境和人体的危害。
利用转基因技术使作物具有抗菌素和细菌毒素等特性，可以防止农作物受到细菌、真菌和昆虫害虫等的侵袭。
3. 改善品质转基因技术还可以改善作物品质，例如改善农作物蛋白质、淀粉质和脂肪酸等成分的含量和质量，提高作物的营养价值和商业价值。
利用转基因技术还可以改善作物的耐贮藏性和保鲜性等特性，延长作物的储存和销售期限。
随着转基因技术的发展，越来越多的转基因药物和治疗方法被研究和开发出来，其中包括基因治疗、细胞治疗、癌症免疫治疗等多种治疗方式。
1. 基因治疗基因治疗是一种将人体的正常基因导入到患者体内，纠正或替代损坏的基因的治疗方法。
通过将基因修饰或替换，可以治疗多种遗传性疾病，如囊性纤维化、肌萎缩性侧索硬化症和血友病等。
2. 细胞治疗细胞治疗是一种利用体外培养的细胞，经过基因修饰后再注入到患者体内，改善、修复或替代受损的组织和器官的治疗方法。
通过细胞治疗，可以治疗多种疾病，如心血管疾病、神经系统疾病和免疫系统疾病等。
3. 癌症免疫治疗癌症免疫治疗是一种利用转基因技术，改造人体自身免疫系统，攻击和消灭癌细胞的治疗方法。
秸秆发酵产氢菌系的筛选及菌系功能强化研究
解秸秆 产氢效果较 好的纯菌 Ｃ Ｙ Ｙ一 ９ ，此菌为杆 菌 ，最适 生长温度 为 ３ ７ ，最 适 ｐ Ｈ为 ８ ． ５ ，利用秸 秆产氢量 为 ８ ６ ｍＬ ‘ Ｌ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ｅ 。将菌株 Ｃ Ｙ Ｙ一 ９以一定 比例添加到菌系 Ｃ Ｙ Ｙ中， 研 究发 现 ： 当菌系培养到 ４ ０ ｈ左右时 ， 以４ ％的比例接种菌株 Ｃ Ｙ Ｙ 一 ９ ， 菌系的产氢能力最强 ， 产氢 量达 到 １ ０ ３ ｍＬ ・ Ｌ － ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ｅ ， 与原有菌 系相 比， 产氢量增长 了 １ ２ ． ９ ％， 秸 秆降解率增长 了 ４ ９ ． ２ ％， 达到 了对 菌系生物强化 的 目的 。 关键字 ： 产氢细菌 ； 秸秆降解 ； 发酵
中图分类号 ： Ｘ１ ７ ２ 文献标识码 ： Ａ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ ｉ ｎｇ ａ ｎｄ Ｍｙ ｃ ｅ ｌ ｉ ｕ ｍ Ｆｕ ｎｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｉ ｎｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｍｅ ｎｔ ｏ ｆ
Ｓ ｔ ｒ ａ ｗ Ｆｅ ｒ ｍｅ ｎ ｔ Ｈｙ ｄ ｒ ０ ｇ ｅ ｎ ０ ｇ ｅ ｎ ｓ
第２ ６ 卷 第 １ 期 ２ ０ １ ４年 ２月
பைடு நூலகம்
黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学 报
基因工程技术在微生物发酵生产中的应用
基因工程技术在微生物发酵生产中的应用随着生物技术的发展，基因工程技术成为了微生物发酵生产的重要手段。
利用基因工程技术可直接改变微生物的基因组，调控代谢途径，提高产物合成效率，改善发酵过程。
本文将探讨基因工程技术在微生物发酵生产中的应用现状。
1. 基因工程技术在微生物发酵生产中的应用简介微生物发酵生产技术是利用微生物代谢合成产物的过程。
在微生物发酵生产过程中，微生物代谢途径的调控及代谢产物的转化是关键。
基因工程技术在此领域的应用主要包括以下几个方面：（1）构建高效表达系统。
表达系统包括转录及翻译过程，构建高效表达系统是增强产物合成的重要手段。
常见的高效表达系统包括菌体内和菌体外表达系统。
（2）扩大代谢通路和合成代谢产物。
发酵生产产物的制备需要扩大代谢通路和增加原料供应，而基因工程技术可增加代谢途径中限速步骤的酶活性，提高产物合成效率。
（3）研究代谢途径调控机理。
代谢途径的调控可影响产物合成及发酵过程的效率，基因工程技术可研究代谢途径中的调控机理，并通过调控基因表达改善发酵过程。
2. 基因工程技术在微生物发酵生产中的应用案例基因工程技术已成功应用于微生物发酵生产中的多个领域。
以下是其中的几个应用案例：（1）蛋白质表达和摄取菌体内表达系统和菌体外表达系统是蛋白质表达和摄取的主要手段。
利用基因工程技术可引入大量表达载体，构建高效表达系统，提高蛋白质产量。
其中，重组酶是微生物发酵生产中的重要产物之一，以大肠杆菌为代表的微生物可合成多种重要酶。
（2）化学药品生产化学药品是微生物发酵生产的重要应用领域之一。
利用基因工程技术可调控代谢途径，增加代谢通路，提高产物合成效率。
例如，经基因工程改造的生产半胱氨酸的菌株可产生较高产量的半胱氨酸。
（3）生物农药制备生物农药是一种重要的环保型农药，以细菌农药为代表的生物农药已成为微生物发酵生产的热点领域之一。
利用基因工程技术，可提高生物农药的稳定性、毒力、毒谱及抗性。
例如，通过基因工程调控细菌发酵过程中的代谢途径，提高拟杆菌素等生物农药的产量和毒力。
生物发酵工程与酶工程的研究进展
生物发酵工程与酶工程的研究进展生物发酵工程和酶工程是生物技术领域中的两个重要分支，它们在工业生产、医药研发、环境治理等方面发挥着重要作用。
本文将分析近年来这两个领域的研究进展。
一、生物发酵工程的研究进展生物发酵工程是指将微生物、细胞或其代谢产物应用于工业、农业、环保等领域的生产过程。
其主要研究内容包括发酵微生物的筛选、培养和代谢调控等方面。
近年来，生物发酵工程在产业升级、绿色化生产等方面取得了许多进展。
1. 发酵菌株的筛选和基因改造发酵菌株的选择是发酵工程成功的关键之一。
近年来，基于高通量筛选技术的发酵菌株选择方法得到了广泛应用。
同时，通过基因工程技术对微生物代谢通路进行调控，提高产物水平，同时减少废物排放，实现了绿色化生产。
例如，人工合成新酶、构建复合菌群等技术手段已经成为生物发酵工程研究的新热点。
2. 发酵条件的优化和控制发酵条件的优化和控制是提高发酵产物水平和改善发酵过程稳定性的关键措施。
近年来，基于机器学习、人工智能的优化算法得到了广泛应用。
同时，利用传感器和自动控制技术，可以实现对发酵过程的实时监测和控制，提高发酵的产出率和产品质量。
3. 应用范围的拓展生物发酵工程在食品、饮料、医药等领域的应用已经非常广泛，但这些领域的发酵产物不可避免会涉及到一些争议，如转基因食品的安全性等。
因此，近年来研究人员还在考虑如何将发酵工艺应用于化妆品、纺织品和生物燃料等领域，以拓展其应用范围。
二、酶工程的研究进展酶工程是指利用酶催化剂的特异性和高效性进行生物反应，以解决工业、医药等领域中的问题。
酶催化反应本身是非常简单高效的，近年来，研究人员通过基因工程和生物化学手段进一步提高了酶的活性、特异性和稳定性。
1. 酶催化反应的优化酶催化反应通常是以环境温和、反应速度快、副反应少等优势著称的。
近年来，研究人员通过基因工程和蛋白工程技术，对酶的催化活性和特异性进行了进一步提高。
同时，通过对酶结构的解析和模拟，也能够更好地预测反应产物的结构和性质。
生物质制氢技术及其研究进展
生物质制氢技术及其研究进展张晖;刘昕昕;付时雨【摘要】在制浆造纸、生物炼制以及农业生产过程中,会产生许多生物质下脚料或废弃物,通过制氢技术可将这些废弃物转化再利用.以生物质为原料来制取氢气具有节能、环保、来源丰富的优点,主要包括化学法与生物法.化学法又细分为气化法、热解重整法、超临界水转化法以及其他化学转化方法.生物法可细分为光解水制氢、光发酵制氢、暗发酵制氢以及光暗耦合发酵制氢.本文对多种生物质制氢方法及原理进行总结,对各种方法的优缺点进行对比,介绍了近年来生物质制氢技术的研究进展,最后对生物质制氢的发展提出展望.【期刊名称】《中国造纸》【年(卷),期】2019(038)007【总页数】7页(P68-74)【关键词】氢气;生物质;气化;热解;发酵【作者】张晖;刘昕昕;付时雨【作者单位】华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TS79;TQ51随着制浆造纸、生物炼制产能的提高，工农废弃物排放量逐渐增加。
在制浆造纸中，这些废弃物包括制浆备料废渣、碎浆筛浆排渣、机械分切下脚料以及污水处理产生的富含有机质的造纸污泥[1]。
在农业生产、城市绿化及生物炼制中，同样存在着大量生物质剩余废弃物[2]。
生活中，以木质纤维为原料的用品种类繁多,如纸杯、纸盘、纸基包装等。
这类废弃物虽具备环境友好的特点，但是降解需要时间，将其废弃会对环境产生影响，并造成生物质资源的浪费[3]。
如何将这些废弃物资源化利用是亟待解决的问题。
近年来，以生物质为基础的制氢技术逐步发展，为生物质废弃物的转化利用提供了新途径。
1 氢气及生物质制氢氢气无毒、质轻、燃烧性良好，在传统燃料中热值最高，是公认的清洁能源，其开发利用有助于解决能源危机与环境污染问题，受到研究者们广泛关注[4]。
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课题类型：探索导向类申请受理编号： SQ2006AA05Z109513国家高技术研究发展计划（863计划）专题课题申请书技术领域名称：先进能源技术领域专题名称：氢能与燃料电池技术申请指南技术方向：制氢技术课题名称：基因工程改造秸杆发酵产氢的关键技术研究申请人：程军依托单位：XX大学中华人民XX国科学技术部2006-09-05机物从而生产氢气的生物工程技术，它是一种符合可持续发展战略的可再生能源技术。
它克服了常规制氢方法（如从煤、石油、天然气等化石燃料中提取或通过水电解法制取等）需要消耗大量化石燃料和能量、并且产生大量污染的弊病。
目前在生物法制氢研究方面主要分为发酵法和光合法两大类，其中发酵法具有产氢细菌生长速率快、产氢能力高、反应无需光源、发酵底料来源广等优点，所以更容易实现连续产氢和工业化生产。
因此，利用秸杆等生物质以微生物法制氢对发展清洁高效的可再生能源和减少环境污染具有重要意义，是一个处于国际学术前沿的十分活跃的热点课题，具有重要的学术价值和应用前景。
国内外许多学者关于发酵法产氢的研究X 围主要局限于反应机理相对简单的富含水溶性碳水化合物（尤其是葡萄糖）的有机废水，对于主要由复杂大分子有机质即不溶性的大分子碳水化合物、脂类物和蛋白质组成的生物质及固体有机废弃物的发酵产氢问题较少研究。
后者的厌氧消化产氢过程可分为水解、酸化和产氢产乙酸三个阶段，由于其降解产氢过程的复杂性，国内外在该领域的研究方兴未艾，目前已逐步引起许多学者的高度重视。
国外已有部分相关报道，如日本在90年代末到本世纪初，在暗发酵制氢方面的科研投入大大增加，尤其在2001-2004年产生了大量基础性的研究结果。
日本东北大学曾将餐厅剩菜与粪便污泥混合配成培养基料，利用加热预处理的厌氧活性污泥和大豆粉仓中富含的产氢菌进行发酵制氢，发现底料的产氢潜力分别高达140ml/g 和180ml/g ，而厌氧活性污泥的接种产氢速率可高达45ml/（gVSS•h ），2004年日本产业技术研究所的废弃食物产氢项目已经进入中试阶段。
另外，韩国、新加坡、印度在此领域的研究也比较活跃。
而国内对于固体有机废弃物发酵产氢的研究才刚刚起步，如中国科学院、清华大学、中国科技大学、XX 大学、XX 工业大学、XX 大学等曾对固体废弃物发酵产氢进行了一些探索性研究，取得了一定的研究成果。
众多专家一致认为：如何使生物质及固体废弃物高效降解成可资利用的还原糖是利用其发酵产氢的首要技术难点和重大关键点。
而生物质发酵产氢能否获得产业化应用的瓶颈问题是过程的经济性，即如何降低发酵制氢的成本，使之可以和化石能源催化重整制氢的经济性相比拟，或者可以与其他生物能源过程（即生物制甲烷、燃料酒精、生物柴油）相竞争。
其核心问题是如何提高氢气从葡萄糖的转化率、如何降低底物成本、以及如何在生物反应器水平上实现高效产氢。
目前国际上最新的研究方向是从现有产氢纯菌的工艺优化中走出来，开发新的产氢菌种，通过基因工程改造产氢菌及氢酶，并开发高效的产氢反应器。
利用富含纤维素的秸杆等生物质大规模高效低成本地发酵转化为燃料乙醇、甲烷或氢气等清洁能源是目前国际上的一大热点课题。
若能通过基因工程手段在目标植株细胞中成功表达降解不同生物体高分子的酶，如将纤维素酶基因片段植入水稻的基因组中，而在收获的水稻秸秆中获得大量纤维素酶，使得秸杆在后续的加热到90℃左右水解过程中不需要酸碱预处理和外加纤维素酶等，即能高效降解成产乙醇细菌或产氢细菌直接可资利用的小分子还原糖，则能大幅度降低秸杆水解糖化和发酵利用的处理成本，并大幅度提高其转化效率，取得巨大的经济和社会效益。
目前美国麻省理工学院、密歇根州立大学、加州大学Davis 分校、杜邦公司和Syngenta 公司等正在加紧开展相关的研究探索，主要在玉米、甘蔗等植株生长过程中表达纤维素酶和半纤维素酶，以获得更有利于秸秆高效水解的农作物，但至今很少见到公开的文献报导[1]。
厌氧发酵产氢中起主要作用的是氢酶，氢酶分为放氢酶和吸氢酶，分别催化反应222H H e →++的正逆反应。
作为一种有机金属酶类，氢酶对氢代谢至关重要，研究其基因结构和空间结构、催化中心、电子载体种类和传递顺序等具有很高的理论价值，深入发掘这些生物信息对于人们定向改进氢酶性能，获得高产氢菌种具有指导意义。
目前已经有超过100种的氢酶基因序列可以在基因库上获得，但是仍然有大量已知产氢菌株的氢酶基因尚未克隆，获得更多的氢酶基因也是生物制氢研究的重要方向。
Mishra [2]等分离出高产氢菌阴沟肠杆菌Enterobacter cloacae IIT BT08的氢酶基因进而进行了酶分子特性研究。
大肠杆菌的氢酶基因都属于Ni ．Fe 氢酶，梭菌属的氢酶都属于铁氢酶，目前其中3株所具有的铁氢酶得到测序，但是关于其附属基因、调控机制还不清楚。
梭菌的铁氢酶已经成功的克隆，并异源表达到光合细菌内，强化了光合菌的产氢过程。
虽然一部分氢酶基因得到解析，但是整体进展仍然比较缓慢而且不系统，有很大的研究探索空间。
无论是纯种还是混菌培养，提高关键菌株产氢效率都是最重要的工作。
单纯的条件优化手段已不能满足这一要求，需要运用分子生物学的手段对菌种进行改造，以达到高效产氢的目的。
由于产氢细菌内的氢酶种类繁多，通过敲掉基因片段的方法是一个可行策略。
Lindblad[3]已将这一策略应用到光合细菌Anabaena PCC7120中，敲掉了其中的吸氢酶HupL基因片段，使产氢速度比野生型高出了两倍。
此外，通过蛋白质工程手段对氢酶进行强化，包括增加其活性、耐氧性也都是可行策略。
通过复合诱变选育，得到遗传稳定好的高效产氢突变株，并提高菌种对环境的耐受力，在高产氢菌种的选育中耐高温或耐酸菌是值得重视的一个育种方向。
有报道对产气肠杆菌进行激光诱变，筛选得到一株能够耐受pH3.0的高产氢突变株，产氢量较出发菌提高了48％[4]。
任南琪教授在其CSTR反应器中分离出一株产氢发酵细菌ZGX4，以其为出发菌株，对其进行紫外和亚硝酸复合诱变选育，经过连续传代得到一株遗传稳定很好的高效产氢突变株YR1，产氢能力提高35％，平均产氢速率提高23％[5]。
此外，也可将产氢能力高的菌株的氢化酶植入一些虽然不产氢但是对环境耐受力高（如酸碱度、温度、底物浓度）的菌株，如在非产氢菌Escherichia coli中植入丁酸梭菌的氢化酶，产氢量可达到3.12molH2/mol葡萄糖，高于原丁酸梭菌2.2molH2/mol葡萄糖的产氢量[6]。
运用代谢工程手段等现代生物技术手段对产氢细菌进行改造的研究目前在生物制氢领域还没有展开，是很值得深入研究的方向。
Jonathan Wood Ward[7] 用10种商业用酶使戊糖磷酸盐循环与氢酶产氢过程相耦合，使产氢达到11.6mol／mol葡萄糖，充分展示了人工构建代谢途径对于产氢的巨大潜力。
但是这一方法目前还只能在体外进行，成本相当高。
通过细菌的代谢工程改造和控制，将会是突破暗发酵制氢低转化率的重要突破口。
目前已知的发酵制氢的产氢途径包括甲酸途径、丙酮酸途径和NADH途径。
其中NADH途径是最具开发潜力的方向，多篇文献中提到提高NADH的含量是有利于产氢的。
目前普通的产气肠杆菌产氢量仅为1.58 molH2/mol葡萄糖，但是Tanisho等推测通过加入一种抑制剂使NADH 脱氢酶络合物不能形成则NADH的氧化步骤被阻断而FADH2的氧化不受影响，从而使三羧酸循环所产生的NADH用于产氢，从理论上可望实现每摩尔葡萄糖产10 mol氢气[8-9]。
核心问题是如何把细胞代谢过程中产生大量NADH，通过代谢途径的导向直接为氢酶提供还原力进行产氢。
现代分子生物学的发展已经可以操作电子呼吸链，因此通过基因工程手段改变代谢途径，从而大大提高产氢效率的梦想是完全有可能实现的。
经检索表明，国内外关于在转基因水稻秸杆中表达纤维素酶和半纤维素酶促进其高效水解的相关专利尚未见到，关于在产气肠杆菌中剔除乳酸等不利于产氢的基因片段并且导入产氢酶[Fe]-hydrogenase基因片段的相关专利也没有见到。
日本专利JP2003102482 [10]报道了从梭菌Clostridium paraputrificum中得到一种具有特殊碱基序列的氢化酶基因，将其植入寄主细胞进行基因重组可提高产氢量。
日本专利JP62134091[11]将一种在柠檬酸细菌的染色体DNA上表达的氢化酶基因植入普通的DNA单元质粒，从而形成一种混合的DNA质粒能使产氢能力显著提高。
欧洲专利WO2006062130[12] 在一株含有甲酸盐脱氢酶基因(formate dehydrogenase gene)和氢化酶基因的菌株内植入一种活性剂基因，从而提高了甲酸的产氢量。
美国专利仅有一篇关于改造藻类基因强化其光合作用产氢的报道，中国专利主要集中于氢酶的鉴定和基因测序，美国和中国专利都没有关于发酵产氢细菌基因改造方面的报道。
参考文献：[1] Gadab C. Ghosh Biswas, Callista R, et al. Expression of biologically active Acidothermus cellulolyticus endoglucanase in transgenic maize plants. Plant Science, 2006 (In press).[2] J. Mishra, N. Kumar, A.K. Ghosh, D. Das. Isolation and molecular characterization of hydrogenase gene from a high rate of hydrogen-producing bacterial strain Enterbacter cloacueIIT-BT 08. International Journal of Hydrogen Energy 27 (2002) 1475– 1479.[3] Lindblad P, Christensson K, Lindberg P,et al. Photoproduction of H2 by wildtype Anabaena PCC 1720 and a hydrogen uptake deficient mutant; from laboratory to outdoor culture. International Journal of Hydrogen Energy,2002,27:1271-1281.[4] Lu WY. Wen JP. Jia XQ.et al. Effect of He-Ne laser irradiation on hydrogen production by Enterobacter aerogenes. International Journal of Hydrogen Energy (in press).[5] X国香，任南琪，林海龙等. 诱变菌种选育高效产氢菌株. 第六届全国氢能学术会议论文集. 2005；11：137.[6] G. Chittibabu, Kaushik Nath, Debabrata Das. Feasibility studies on the fermentative hydrogen现有研究基础XX大学能源清洁利用国家重点实验室在生物质能源化利用方面具有深厚的研究基础，在生物质的能源化高效转化和清洁利用方面取得了突出业绩。