合成生物学从模块、线路、路径到代谢网络研究的飞速发展极大的拓展了单菌体系的功能。随着人工设计广度和深度的不断增加,越来越多的微生物多细胞协作体系被用于复杂的人工合成过程,体现出单菌负担减轻、全局调控灵活等优势。但如何对多细胞间的功能进行合理的设计分配,仍是亟待解决的重要问题。本文在合成生物学“设计-构建-测试-学习”循环的指导下,以“劳动分工”（division of labor）为原则,以代谢物的交换或遗传物质的转移为基础,设计、构建高效稳定的微生物多细胞协作关系,并成功应用于构建人工三菌产电体系和合成复杂的超大基因组中。合成微生物产电系统能将底物的化学能转化为电能,具有重要的应用前景。为了解决了产电模式菌希瓦氏菌碳源谱窄、能量转化效率低的问题,我们从多细胞协作角度出发,以代谢路径的“劳动分工”为原则,逐步将无氧条件下高产乳酸的大肠杆菌和高产核黄素的枯草芽孢杆菌引入体系,分工后三菌之间以代谢物交换为基础,形成“Cross-talk”的互养关系,体系内的每种菌在生产能力、稳定性和鲁棒性方面都体现出只有在多细胞协作条件下才具有的最优性能。合成型三菌体系能够将0.28 g的葡萄糖转化为超过15天高效、稳定的电输出,能量转化效率高达理论值的55.7%,是已报道的最高水平。DNA的人工合成是合成生物学研究的底层推动技术,人工基因组合成能力的提升会加速基因组设计深度的扩展。但对于高等生物基因组,由于其序列复杂且富含的大量重复元件,使用传统方法在单个细胞内进行组装具有很大难度和挑战。我们从多细胞协作角度出发,通过“劳动分工”将1.14 Mb的哺乳动物来源的基因组拆分成SynA（330 kb）、SynG（268 kb）、SynB（276 kb）和SynC（268kb）四个大片段,分别在交配型为α和a型的四个不同酵母中进行组装,以细胞间遗传物质转移为基础,利用酿酒酵母有性生殖介导的基因组融合方式,将四个大片段在体内进行两轮拼接,最终组装成完整的1.14 Mb基因组。进一步通过多组学分析,探究底盘酿酒酵母细胞与合成的异源基因组之间的相互作用关系。综上,本文以构建人工三菌产电体系和合成超大1.14 Mb基因组为研究对象,通过以“劳动分工”为设计原则,以代谢物的交换和遗传物质的转移作为基础,探索多细胞间功能的合理分配策略。本研究为设计多细胞协同作用应用于更加复杂的人工生物合成过程提供了一个新的构建策略;同时还可作为简化模型,用于自然界微生物群落中多细胞间的结构和功能研究。