胞外电子转移（Extracelluar electron transfer,EET）是电活性微生物将生长代谢过程中产生的电子运输到胞外受体的过程。希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）作为模式产电微生物,能够分解有机基质并将化学能转化为电能输出。然而,目前S.oneidensis的功率输出较低,而黄素作为S.oneidensis内源分泌且最有效的电子载体,决定了电子传递的速率和方向。因此,提高黄素介导的EET将有望增强S.oneidensis的电子转移效率。为了提高黄素介导的电子转移能力,我们利用模块化组合策略对黄素介导电子传递的机制进行了系统的研究,主要包括增强黄素的胞内合成、促进黄素的胞外分泌、加速黄素介导的电子输出以及强化黄素与导电生物膜的协同作用。我们重构了S.oneidensis的胞内代谢以及电子转移路径,显著地提高了黄素介导的EET速率。主要的研究结果如下:（1）优化核黄素合成路径,提高胞内黄素产量:在S.oneidensis中,黄素的合成依次经过糖异生路径、磷酸戊糖路劲、嘌呤代谢路径以及黄素合成路径等。我们异源引入了黄素的合成路径,对其中一些关键的基因进行了过表达优化,并验证了其MFCs的性能。我们发现了几个产电性能较好的工程菌株,并进一步过表达了这些基因组合,来获得更高的电子转移能力。结果表明,组合的工程菌株产生的最高功率密度为549.12±124.85 m W/m~2,证明了增强电子载体的合成可以显著促进电子的转移速率。（2）增强胞内黄素的分泌和电子的输出:黄素能够分泌到胞外来发挥电子传递的功能,细胞色素作为电子输出的主要途径,在电子转移过程中发挥了重要作用。加快黄素的分泌和电子的输出将有利于提高EET。首先,我们选择了两个典型的黄素运输蛋白和一个促进黄素分泌的水解酶,并优化了基因的表达,MFCs的结果表明,这些蛋白的表达对EET产生了一个不利的影响。此外,我们选择了多种细胞色素蛋白并进行表达验证,结果表明,外膜细胞色素蛋白的过表达可以提高EET能力。（3）强化电活性生物膜的形成,加速黄素介导的电子转移:电活性生物膜的形成有利于减少供体与受体之间的电子传递距离,从而加强黄素运输电子的速率。我们选择了一些不利于生物膜形成的基因,失活其表达并进行了反馈验证,结果表明,多糖合成基因和c-di-GMP水解酶基因的失活可以增强EET效率。我们进一步对这些有效基因进行组合失活,该组合菌株产生了一个极高的功率密度,为324.82±104.73 m W/m~2,显著提高了S.oneidensis的电子转移速率。（4）为了实现更高的功率密度,我们进一步组合了上述几个模块中可以提高EET的基因改造,包括黄素合成模块、黄素介导的电子输出模块以及电活性生物膜形成模块。结果表明,组合菌株展现出了一个更高的功率密度,为985.73±36.40 m W/m~2,是对照菌株的2.98倍,显著提升了黄素介导的EET能力。