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微生物燃料电池（MFC）能将有机物中的化学能转化为电能,是一种理想的产能装置,在污水处理、环境治理、新能源开发等多个领域具有非常重要的应用价值。然而在实际应用过程中,MFC还存在一定的局限,如功率密度低,因此提高MFC的胞外电子传递效率（EET）具有非常重要的意义。本文以希瓦氏菌（Shewanella oneidensis MR-1）为主要研究对象,围绕两个关键问题:（1）希瓦氏菌可利用的碳源谱窄,这限制了希瓦氏菌在实际应用中的范围;（2）希瓦氏菌的EET效率低,且遗传操作工具少,如何分子改造希瓦氏菌并高效提高其EET效率至关重要,展开相关研究。针对希瓦氏菌可利用的碳源谱窄的问题,本文成功构建了希瓦氏菌-酿酒酵母混菌系统,以“分工”的方式发挥不同菌株的最大效能,并通过菌体OD600比例、碳源浓度等方面优化,实现了系统的发酵菌和产电菌之间碳代谢流和电子流的匹配。此外,分别通过孔蛋白和电子载体flavins基因工程改造希瓦氏菌,促进了生物膜的形成,使混菌最大功率密度分别达123.4和238.4 m W/m2。我们的合成微生物混菌的设计策略具有高度可拓展性,可以在MFC利用各种碳源,如纤维素生物质、顽固废物。为了提高希瓦氏菌的EET效率,本文从直接电子传递（DET）和电子载体介导的电子传递（MET）两方面同时开展研究。首先,系统的研究了希瓦氏菌体内可利用的启动子,选取强度最优的启动子Ptet与合成电子载体flavins的外源基因rib ADEHC连接,有效地提高了系统的电子载体flavins含量至39.7μM。其次,为了更快的促进flavins进出细胞内外传递电子,又表达了孔蛋白Opr F,通过核糖体结合位点的优化,调控了孔蛋白的表达量,促进了电子传递速率,此外,疏水性更强突变希瓦氏菌CP2-1-S1选作底盘细胞,又进一步提高了EET效率。最后,阳极中加入了氧化石墨烯（GO）,希瓦氏菌与GO自组装形成希瓦氏菌-flavins-还原石墨烯（r GO）三维杂化生物膜,在这个过程中,r GO可以吸附希瓦氏菌产生的电子载体flavins,增强了π-π电子传递,增加flavins的局部浓度,促进flavins介导的MET和细胞与阳极之间的DET双向电子传递效率,提高了库伦效率,系统产生的最高功率密度达2.63 W/m2,这是目前以希瓦氏菌S.oneidensis为产电菌的MFC输出功率密度最高的记录。