基于电活性微生物双向电子传递（EET）的微生物电化学系统在化工、能源和环境等领域都有重大的应用潜力,然而电子传递速率低下是限制这些应用的核心瓶颈。模式产电微生物希瓦氏菌主要通过细胞色素和核黄素介导直接和间接电子传递,基于其EET机制已经有很多合成生物学和材料工程手段,从电子生成、跨膜传递和生物膜形成角度提高其电子传递速率。然而,调控细胞大小对希瓦氏菌电子传递速率影响机制的研究却仍未报道。本研究针对细胞形态变化对电子传递速率影响的关键科学问题,通过模块化工程策略调控细胞形态变化,从细胞生长代谢（胞内电子生成）、电子跨膜传递（细胞色素和核黄素介导）和电极生物膜形成三个方面,开展希瓦氏菌形态变化对电子传递速率影响的机制解析及工程改造的系统研究。首先,通过抑制细胞分裂体（过表达分裂抑制剂和抑制分裂体蛋白）和细胞骨架（抑制骨架蛋白）形成,构建了变长（38.36倍）和变宽（1.74倍）的细胞,结果显示细胞变长和变宽分别通过促进扁平扩散和垂直拓展过程来增加电极生物膜厚度（215μm和195μm）,分别将功率密度提高到184 m W/m~2和208 m W/m~2。与此同时,细胞分裂的抑制减缓了希瓦氏菌的生长速率和代谢活力,降低了胞内电子池总量。针对此问题,通过引入群体感应系统动态调控细胞分裂,实现细胞生长和形态变化的解耦,解除细胞变长对生长的抑制,恢复胞内电子池,提高功率密度至241 m W/m~2。基于此,进一步通过模块化组装策略,组合表达最优变长元件lux I-sul A和最优变宽元件asmre D,将细胞体积提高至26.24μm~3（野生型的208倍）,显著提高电极生物膜厚度（270μm）和导电性,功率密度达到300 m W/m~2。然而,细胞体积的急剧增加导致比表面积显著减小,物质交换和代谢速率变慢。最后,针对此问题,通过过表达全局代谢调控因子Crp,增强底物乳酸消耗和导电色素蛋白表达,协同提升了胞内电子生成和跨膜传递速率,功率密度达到403 m W/m~2,是出发菌株的6.3倍。此工作通过模块化组装、动态调控和全局调控策略从电子胞内生成、跨膜传递以及生物膜形成等多角度阐明了细胞形态与电子传递的相互作用机理,并提供了通过形态工程策略提高电子传递速率的范例。