(完整版)EPS(胞外聚合物)性质综合分析

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胞外聚合物的提取_组成及其对污泥性质的影响

胞外聚合物的提取、组成及其对污泥性质的影响罗曦,雷中方,刘翔(复旦大学环境科学与工程系,上海200433)摘要:胞外聚合物(Extracellular Po ly meric Substances,EPS)即附着于污泥细胞表面的不溶性有机聚合物,主要来源于微生物新陈代谢和细胞自溶。

EPS化学组成十分复杂,其主要成分为多糖和蛋白质(占70%-80%)。

由于EPS极大地影响着污泥絮体的凝聚性质,因此它在控制和改善污泥处理过程中起着举足轻重的作用。

关键词:EPS;提取方法;脱水性能;沉降性能中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:(K)05259(原1002-1264)(2005)05-0038-04EPS Extraction,Composition and Its Effects on Sludge CharacteristicsL UO Xi,L EI Z hong2fang,LI U Xiang(Department of Environmental Science and Engineering,Fudan University,Shanghai200433,China) Abstract:E xtracellular polymeric substances(EPS),some kinds of insoluble organics,are usually attached to sludge cell walls,and derived from bacteria metabolism and cell lysis.The EPS components are very c omplicated,with 70%~80%being attributed to polysaccharides and proteins.Specific extraction methods should be needed f or the e xtraction of EPS from sludge due to the compact binding f orce betw een EPS and cell w alls.O wing to its dominant ef fects on the coagulation properties of sludge flocs,EPS could be some critical factor in sludge handling processes. Key words:EPS;extrac tion methods;dewaterability;settleability胞外聚合物(Extracellular Polymeric Sub2 stances,EPS)是紧密附着在细胞壁上不溶于水的高分子聚合物,必须通过特殊手段才能从污泥中较完整地提取出来。

胞外聚合物EPS对污泥理化性质影响研究

ａｓｒｉｇｉｌｄｅｔｅｔｎｙｔｍ．ｂｏｂｎｎｓｕｇｒａｍｅｔｓｓｅ
Ｋｅｏｄ：ｘｒｃＵｌｒｌｍｅｃｓｂｔｎｅＥＳ；ｏｃｌｆｎｓｔｅｉｔ；ｅａｅａｉｔ；ｍｔｌｂｏｂｎｙｗｒｓｅｔｅｕａｙｒｕｓｃ（Ｐ）ｆｃｕａｏ；ｅａｌｄｗｔｂｌｙｅａａｓｒｉｇａｏｐｉａｌｉｌｆｂｉｙｒｉ
要来源于微生物的新陈代谢和细胞自溶，主要是由多聚糖、白质、酸和腐殖酸等组成。分析了ＥＳ在污泥蛋核Ｐ
处理系统中对污泥的絮凝性能、降性能、沉脱水性能及重金属吸附性的影响。关键词：胞外聚合物；絮凝性能；降性能；沉脱水性能；重金属吸附
能、沉降性能、脱水性能和对重金属的吸附性能存在２影响ＥＳＰ组分的因素重要影响。鉴于胞外聚合物在污水污泥处理系统中有非常重要的作用，因此受到了各国学者的关注。ＥＳ呈高度的动态性、Ｐ其中核酸和酸陛多糖是最易变的物质。通常在适宜的条件下ＥＳＰ产量丰富，但１胞外聚合物（Ｐ）ＥＳ的产生和组成在衰减期或内源呼吸期又成为细胞的营养被消耗。胞外聚合物是微生物在一定的环境条件下，在因此，其成分和含量是合成与消耗两个动态过程共同作用的结果。基质类型、］溶解氧（Ｏ、Ｄ）污泥停留时代谢过程中分泌的包围在微生物细胞壁外的高分子化合物。人们认为微生物新陈代谢、进水基质和细问（Ｒ）ＳＴ和有机复合率是最主要的影响因素。胞溶解是ＥＳ的主要来源。其有机物部分主要由Ｐ３ＥＳ对污泥性质的影响Ｐ多聚糖、蛋白质、核酸和腐殖酸组成。其中多聚糖和蛋白质占整个ＥＳ质量的７％一９２。各种污Ｐ５８％ＬＪＥＳ通过连接细胞和其他物质以稳定污泥的絮Ｐ体结构，为微生物提供最基本的生长条件。所以，ＥＳ能够改变污泥表面电荷、水性、粒粒径、Ｐ疏颗絮

胞外聚合物在环境工程中的研究进展

胞外聚合物在环境工程中的研究进展摘要：胞外聚合物（EPS）具有易于生物降解、高效、无毒、无二次污染等优点，被认为是传统化学聚合物的潜在替代品。

近年来，胞外聚合物在水处理、化工冶炼等方面的应用越来越受到人们的重视。

在这种背景下，关于EPS的文献信息分布广泛，非常稀少。

因此，本文主要分析胞外聚合物在环境工程中的研究。

关键词：聚合物；污水处理；污泥特性；应用前景引言胞外聚合物（EPS）是广泛存在于活性污泥絮体、生物膜和颗粒污泥等微生物聚集体细胞外的聚合物，主要由微生物在一定条件下释放的多糖、蛋白质、核酸、腐殖质等高分子物质聚合而成。

它不仅能形成一个缓冲层为微生物创造稳定的生存环境，还能在细胞缺乏营养物质时，充当底物供细胞存活。

尽管采用活性污泥法处理污水已经超过百年，但是针对作为活性污泥重要组成部分的EPS的机理研究还不透彻。

笔者通过综述近年来EPS在水处理领域的研究进展，讨论了EPS在生物膜和颗粒污泥形成中的作用，以及对污水生物处理的影响机制和EPS调控方面还需解决的问题，以期为今后的相关研究和应用提供参考。

1、EPS在脱氮除磷中的作用强化生物除磷以其经济、可持续等优点被广泛应用。

通常认为，强化生物除磷是由于聚磷菌在厌氧释放磷酸盐，好氧过量吸收磷酸盐，并以聚磷酸盐的形式储存在聚磷菌中，从而达到除磷效果。

然而近年来的研究表明，胞外聚合物（EPS）也在这个过程中起作用。

不同的EPS提取方法检测活性污泥及颗粒污泥EPS中磷含量，发现颗粒污泥EPS中磷含量比活性污泥EPS中磷含量高，污泥中EPS总含量越高，其在磷积累中所占的比例也就越大（EPS中磷占到了颗粒污泥磷积累的45.4%）。

表明磷的积累在强化生物除磷的EPS中是不可忽略的。

EPS中的磷主要包括正磷酸盐（orthophosphate，简称Ortho-P）、焦磷酸盐（pyrophosphate，简称Pyro-P）和聚磷酸盐（polyphosphate，简称Poly-P）。

胞外多糖

由假单胞杆菌发酵产生的胞外多糖，又称结冷胶，在食品工业上可作为增稠剂、稳定剂。
由野油菜黄单胞杆菌发酵产生的胞外多糖，又称黄原胶，是性能优越的生物胶，同样也在食品工业中作为增稠、稳定剂。谢谢观看特性和用途乳酸菌
其他
1982年日本学者Shio mi等人报道乳酸菌胞外多糖具有抗肿瘤作用。乳酸菌胞外多糖抗肿瘤的机理有以下几个方面：
1、影响血液供应，鉴于细胞素引起肿瘤细胞组织缺血性坏死； 2、刺激某种器官或组织，分泌一种物质攻击肿瘤细胞； 3、细胞膜接触抑制作用，肿瘤细胞表面具有很强的负电荷，而有些多糖可以结合这些电荷，使细胞表面被 “中和”，从而有利于细胞接受信号终止分裂。乳酸菌胞外多糖可能由于其作为生命物质前体，具有激活动物免疫功能的作用。其增强免疫力机理有以下几个方面： 1、促进免疫器官的增重，达到促进非特异性免疫功能的作用； 2、引起迟发型变态反应，促进细胞免疫； 3、提高巨噬细胞清除异物的能力，提高机体的非特异性免疫力； 4、体液免疫功能的促进作用；
基本介绍
胞外多糖(exopolysaccharides, EPS)：是一些特殊微生物在生长代谢过程中分泌到细胞壁外、易与菌体分离、分泌到环境中的水溶性多糖，属于微生物的次级代谢产物。对微生物的生长有重要意义。
胞外多糖主要分为两个类别：由一种单糖构成的同多糖和由两种以上的单糖构成的杂多糖。因为其安全无毒，理化性质独特，特异性优良而备受人们的。早在19世纪后半期就已确定微生物合成胞外多糖的事实，人们已经测定胞外多糖组分的菌种达79属168种以上。与其对应的还有胞壁多糖和胞内多糖。
胞外多糖
生物学科术语
目录
01 基本介绍
02 特性和用途
乳酸菌胞外多糖(Exopoly Saccharides，EPS)是乳酸菌在生长代谢过程中分泌到细胞壁外常渗于培养基的一类糖类化合物，有的依附于微生物细胞壁形成荚膜，称为荚膜多糖；有的进入培养基形成粘液，称为粘液多糖，它们都是微生物适应环境的产物。近几十年来，由于微生物胞外多糖在产品结构、性能及生产方面所具有的特别优势而得到大力研究和开发，新的微生物胞外多糖的开发已成为工业微生物研究的热点之一。由于乳酸菌是食品级工业生产菌，与其他菌相比安全性高，所以近年来对乳酸菌胞外多糖的研究逐渐增多。但产量低，菌株稳定性差，仍是制约其大规模生产的主导因素。各国科学家试图用基因工程的手段构建高产菌株，但仍没成功。乳酸菌胞外多糖可赋予发酵乳制品特殊的质构和风味，起到安全的食品添加剂的作用，它还有可能成为食品级多糖的一个良好来源而广泛用于各种食品的增稠、稳定、乳化、胶凝及持水。胞外多糖还具有生物活性如免疫活性、抗肿瘤和抗溃疡，可应用于医药领域。

EPS原料有什么性质和特点？

EPS原料有什么性质和特点？
EPS原料为苯乙烯均聚物。

无色透明、高光泽。

加工性、着色性、刚性和电绝缘性良好，但质脆易裂。

耐酸碱、氧化还原剂、醇类和洗涤剂，不耐烃类和氯烃类溶剂。

拉伸强度36～52MPa，弯曲模量2620～3380MPa，悬臂梁缺口冲击韧性19～24J/m。

热变形温度76～94℃。

体积电阻率1017～1019Ω·cm，介电常数(50～106Hz)2.2～2.7，介质损耗正切(50～106Hz)0.0001～0.0002，介电强度19.7kV/mm。

系由苯乙烯在引发剂存在下进行自由基聚合得到。

工业生产均用连续本体聚合法。

主要用作音像制品和光盘磁盘盒，灯具和室内装饰件，高频电绝缘零件。

其双轴取向薄膜为包装和电器工业的主要材料。

EPS原料一种热塑性树脂。

无色、无臭、无味而有光泽的透明固体。

密度 1.04~1.09。

溶于芳香烃、氯代烃、脂肪族酮和酯等。

但在丙酮中只能溶胀。

具有耐化学腐蚀性、耐水性和优良的电绝缘性和高频介电性。

缺点是耐热性低，耐光性差，性脆，易发生应力开裂。

主要用于加工成塑料制品如无线电、电视、雷达等的绝缘材料，并用于制硬质泡沫塑料、薄膜、日用品、耐酸容器等。

由苯乙烯经本体法或悬浮法聚合而成。

胞外聚合物在微生物细胞吸附药物中的作用探析

胞外聚合物在微生物细胞吸附药物中的作用探析胞外聚合物是一种广泛存在于微生物体内或外的生物大分子，它们由多种有机物质通过微生物菌体自身产生合成而成。

胞外聚合物在微生物细胞吸附药物中扮演着重要的角色。

本文将对胞外聚合物在微生物细胞吸附药物中的作用进行探析。

一、胞外聚合物的种类及组成胞外聚合物广泛存在于许多微生物体内或外，常见的有多糖类聚合物、蛋白质聚合物和DNA聚合物等。

其中，多糖类聚合物是最常见的胞外聚合物。

多糖类聚合物包括胞外多聚糖（EPS）、胞外聚合物（ECP）、胞外纤维素（EC）、胞外蛋白质和胞外DNA等。

它们通常由底物、酚类化合物、氨基酸、酸类、糖类和脂肪酸等有机物质合成而成。

1.形成吸附层多糖类聚合物在微生物细胞表面形成一层粘附层，使细胞表面变得黏性。

这种吸附层可以协助微生物吸附和吸收药物，从而提高微生物吸收药物的效率。

2.提供细胞保护胞外聚合物可以为微生物提供保护，从而防止药物的破坏。

例如，胞外多聚糖可以作为抗氧化剂保护微生物细胞中的酶、蛋白质和DNA不受氧化损伤的影响，从而提高微生物的存活率。

3.提高微生物稳定性胞外多聚糖能够提高微生物的稳定性。

在处理药物时，微生物需经过紧密排列和接触，产生的振动、压力和搅拌等力量很容易对细胞造成损伤。

胞外多聚糖在这种情况下可以提供保护作用，减轻微生物细胞的受损程度，并提高微生物的存活率。

4.促进微生物代谢胞外聚合物可以通过胞外多聚糖等物质作为能源促进微生物的代谢，加速微生物对药物的吸收和利用。

5.增强微生物与细胞之间的亲和力胞外聚合物可以促进药物与微生物之间的亲和力，加强微生物与药物之间的黏附作用，提高微生物的吸收率，从而提高药物的利用率。

基于胞外聚合物的作用机制，人们进行了大量的研究，发现胞外聚合物在微生物细胞吸附药物方面具有广泛的应用前景。

一些研究者便利用胞外聚合物的这些特性，将其应用于微生物细胞的吸附药物中，通过胞外聚合物的增加，提高微生物的吸收效果，提高药物的利用率。

藻菌生物膜胞外聚合物_EPS_与Al_3_的配位作用机理

应用与环境生物学报 2009，15 ( 3 ): 347~350Chin J Appl Environ Biol=ISSN 1006-687X2009-06-25DOI: 10.3724/SP.J.1145.2009.00347微生物胞外聚合物(Extracellular polymeric substances ，EPS)是由微生物细胞分泌的一种主要由蛋白质、多糖等成分组成的聚合物. EPS 具有大量电负性基团，可以与多种金属阳离子具有很强的配位络合作用[1, 2]. 例如，Liu 等对活性污泥中提取的EPS 对重金属的吸附作用的研究表明，1 mg EPS 大约去除0.25~1.48 mg 金属离子[4]. 因为微生物在地表环境中普遍存在，且生物量巨大，所以EPS 在环境中普遍存在. 有研究表明，滩涂中每kg 沉积物中EPS 的含量达到四百多mg [3]. 由于EPS 与重金属离子之间很强的络合作用及在水土环境中的广泛存在，EPS 对重金属等污染物的迁移、转化具有十分重要的影响[1]. 然而，目前关于EPS 与重金属相互作用的研究大多数是关于活性污泥所产生的EPS 与重金属之间的络合作用[4, 5]，而对自然界普遍存在的天然生物膜产生的EPS 与重金属之间相互作用的研究还相对有限，如，李鱼等研究了自然水体采集的生物膜对镉、镍、钴等金属的吸附[6, 7].Al 3+在环境中普遍存在，环境中自由态Al 3+的增加会对生态系统产生毒害作用[8]. 通常认为，不同化学形态的重金属在环境中的可迁移性及对生物的有效性和毒性有较大的差别，有机态的金属要比无机态的毒性小[9]. 因此，研究EPS 与Al 3＋之间的络合作用对研究Al 3＋在水环境中的行为归宿及正确评估Al 3+的生态毒理学效应具有重要意义.荧光光谱法由于具备灵敏度高、选择性好、信息量大且藻菌生物膜胞外聚合物(EPS)与Al 3+的配位作用机理*刘静1, 3 张道勇1, 2, 3 潘响亮1, 2** 王立英1(1中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵阳 550002)(2中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐 830011; 3中国科学院研究生院北京 100049)Characterization of the Complexation Between Al 3+ and Extracellular PolymericSubstances Prepared from Alga-bacteria Bio ﬁ lm*LIU Jing 1, 3, ZHANG Daoyong 1, 2, 3, PAN Xiangliang 1, 2** & WANG Liying 1(1State Key Laboratory of Environmental Geochemistry , Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences , Guiyang 550002, China)(2Xinjiang Institute of Ecology and Geography , Chinese Academy of Sciences , Urumqi 830011, China)(3Graduate University of the Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, China)Abstract Three-dimensional excitation emission matrix ﬂ uorescence spectroscopy (3DEEM) and fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy were used to study the extracellular polymeric substances (EPS) produced by alga-bacteria biofilm. Three excitation/emission (Ex/Em) ﬂ uorescence peaks at Ex/Em 225~235/300~330 nm (Peak A), 275~280/325~330 nm (Peak B), and 335/432~434 nm (Peak C) were identi ﬁ ed in the 3DEEM, respectively. Peaks A and B were referred to as protein-like ﬂ uorescence and peak C as humic-like ﬂ uorescence. The ﬂ uorescence intensity at both peaks A and B decreased as Al 3+ concentration increased. The values of log K (conditional stability constant) for peaks A and B were 5.89 and 6.95, respectively. It was also found that solution pH strongly affected the ﬂ uorescence intensity at peaks A and B for the Al 3+-EPS complexation. The ﬂ uorescence intensity at peaks A and B increased consistently with solution pH increasing from 2 to 4, decreased with solution pH increasing from 4 to 7, and increased again with solution pH increasing from 7 to 11. FTIR analysis demonstrated that —NH— and C==O groups in EPS were responsible for binding with Al 3+. Fig 6, Ref 21Keywords extracellular polymeric substance (EPS); Al 3+; three-dimensional excitation emission matrix (3DEEM);ﬂ uorescence quenching; Fourier transform infrared spectroscopy; bio ﬁ lm; conditional stability constantCLC X172 : Q936摘要利用三维荧光光谱(3DEEM)和傅立叶转换红外光谱(FTIR)研究了藻菌生物膜EPS 与Al 3+的相互作用机理. 3DEEM 结果表明，生物膜EPS 含有3个荧光峰. 其中，峰A (Ex/Em=225~235 nm/300~330 nm)和峰B (Ex/Em=275~280 nm/325~330 nm)荧光较强，属类蛋白峰，峰C (Ex/Em=335 nm/432~434 nm)荧光较弱，属类腐殖酸峰. 峰A 和峰B 都能不同程度地被Al 3+猝灭，它们的条件稳定常数(log K )分别为5.89和6.95. Al 3+-EPS 体系的峰A 和峰B 荧光强度明显受溶液pH 值的影响. 在pH 为2~4之间时，荧光强度随pH 的增大而增大，在4~7之间随pH 的增大而减小，在7~11之间随pH 增大而增大. FTIR 光谱图分析表明，Al 3+主要与EPS 中所含的—NH—、C==O 等发生强的配位作用. 图6 参21 关键字胞外聚合物；Al 3+；三维荧光光谱；荧光猝灭；傅立叶转换红外光谱；生物膜；条件稳定常数 CLC X172 : Q936收稿日期: 2008-10-23 接受日期: 2009-02-17*国家“863”项目(No. 2006AA06Z339)，中国科学院“百人计划”项目和国家自然科学基金项目(Nos. 40673070，40872169)资助 Supported by the National High-tech Research and Development Program of China (863 Program, No. 2006AA06Z339), the Program of 100 Distinguished Young Scientists of the Chinese Academy of Sciences, and the National Natural Science Foundation of China (Nos. 40673070, 40872169)**通讯作者 Corresponding author (E-mail: xiangliangpan@)34815 卷应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol 不破坏样品结构等优点被广泛应用于研究各种含有荧光基团的物质与金属离子的相互作用. 由于EPS 中含有蛋白质、腐殖酸等荧光生色团，荧光光谱技术有望成为研究EPS 化学性质及其与阳离子相互作用的重要手段. 目前已经有少数研究者利用三维荧光光谱技术(3DEEM)对EPS 的结构、基本性质进行了初步研究[10, 11]. Sheng 和Yu [10]应用3DEEM 描述了好氧活性污泥和厌氧活性污泥的EPS 的荧光性质，发现了两个类蛋白峰和一个类腐殖酸峰. Adav 和Lee [11]利用3DEEM 研究了用不同方法从颗粒污泥中所提取的EPS 的荧光性质. 他们的研究结果表明，不同的提取方法对所获取的EPS 的组分及相应的荧光性质有着很大的影响. 现有的少数研究大都是对活性污泥的基本荧光性质进行研究，鲜有应用荧光光谱技术来研究EPS 与金属离子的配位作用.生物膜是微藻、细菌等在固体表面通过EPS 等粘附并被EPS 所包被在一起的膜状微生物聚合体. 生物膜在水环境中普遍存在. 本文的主要目的即是利用高灵敏度荧光光谱分析仪和FT-IR 研究藻菌生物膜EPS 的基本荧光特征及其与Al 3+的相互作用机理.1材料与方法1.1 生物膜EPS 的提取藻菌生物膜采集自中国科学院地球化学研究所内的池塘. 生物膜EPS 用高速冷冻离心法分离[11, 12]，这种方法被证实为不破坏细胞[2]. 将生物膜用去离子水洗涤干净后在4 ℃、20 000 r/min 离心20 min. 离心后取上清液冷冻干燥获得EPS 样品，放入冰箱保存备用.1.2 荧光测量参数设置和数据分析EPS 的荧光特征用F-4500荧光仪(Hitachi ，Japan)检测.3DEEM 荧光测量时荧光仪参数设置如下：带通：Ex =5 nm ，Em =10 nm ；响应时间：自动；扫描速度：1 200 nm/min ；扫描光谱进行仪器自动校正. 激发波长范围为Ex = 200~400 nm (间隔5 nm)，发射波长为Em = 250~550 nm (间隔2 nm). 所测结果均扣除实验空白(即相同条件下去离子水的3DEEM). 使用SigmaPlot 2000 (Systat Software, Inc)绘制3DEEM 荧光光谱图，使用Origin 7.0分析二维荧光光谱数据及红外光谱数据.1.3 溶液pH 对Al 3+与EPS 配位作用的影响在10 mL 10 mg/L 的EPS 溶液中加入Al 3+溶液使其最终浓度达到1 mmol/L ，用HCl 和NaOH 溶液将EPS-Al 3+溶液的pH 分别调节为2~11. 每个EPS 溶液样品加入的酸碱试剂最多不超过50 μL. EPS-Al 3+溶液用磁力搅拌器搅拌15 min 后用F-4500荧光仪测定不同峰值处的荧光强度.1.4 Al 3+对EPS 的猝灭实验取10 mg/L 的EPS 溶液置于10 mL 小烧杯中，用微量加样器不断加入Al 3+，同时用磁力搅拌器持续搅拌. EPS 溶液中的Al 3+的浓度控制在0.2~60 μmol/L. 溶液的pH 始终保持在4±0.05. 用同步荧光测定不同Al 3＋时荧光峰的荧光强度.1.5 红外样品的制备EPS 利用冷干燥技术制备，EPS 溶液与Al 3+发生配位作用后用红外灯烘干，并用KBr 压片后用FTIR 仪(岛津IR-408)测定.2 结果与讨论2.1 生物膜EPS 的荧光性质从图1可以看出，藻菌生物膜的EPS 含有2个主要的荧光峰，峰A ：Ex/Em = 225~235 nm/300~330 nm; 峰B ：Ex/Em = 275~280nm/325~330nm ；当EPS 的浓度达到40 mg/L 时，检测到了峰C (Ex/Em = 335 nm/432~434 nm)，根据峰的位置和以往学者们的研究[11, 13~15]，峰A 位于Ⅱ区(含芳香基团的蛋白质)，峰B 位于IV 区(溶解性微生物副产物类)，峰C 位于V 区(类腐殖酸). 峰A 和峰B 都属于类蛋白的荧光峰，峰C 属于类腐殖酸的荧光峰. 与Sheng 等的研究结果[14]相比较，峰B 发生蓝移大约10 nm.从图1-a~c 还可以看出，藻菌生物膜EPS 的类蛋白质成分含量较高，而类腐殖酸物质很低，因此对EPS 与Al 3+相互作用的荧光光谱的研究主要以两个类蛋白峰为研究对象.2.2 pH 对Al-EPS 配位能力的影响在水环境中，pH 不仅是影响荧光峰强度和位置的主要图1 不同浓度EPS 的3DEEM 荧光光谱图Fig. 1 3DEEM of solutions containing different amounts of EPS图2 pH 对EPS 与Al 3+配位作用的影响Fig. 2 Effect of solution pH on binding of EPS with Al 3+3493 期刘静等：藻菌生物膜胞外聚合物(EPS)与Al 3+的配位作用机理因素，还是影响Al 的形态的重要参数之一. 图2表明，A 、B 两个峰随pH 的变化基本一致，在pH 2~4随着pH 增大荧光强度增强，在pH 4~7，随着pH 的增大荧光强度减小，但到了pH 7~10荧光密度随pH 的增大而增大. 这主要是因为在pH 2~4时Al 在水溶液中以Al 3+离子状态存在，随着pH 的增大发荧光基团的质子化作用逐渐减弱[16]，而且铝与发光基团络合的作用小于质子化减弱的作用，所以导致荧光强度增强；在pH 4~7时，Al 3+不断把发荧光基团中的H +置换出来[5, 16, 17]，使发荧光基团发生猝灭，使荧光强度减弱；当pH 由7不断增加时，越来越多的Al 3+水解生成AlO 2-，而后者与荧光基团的络合作用很弱，从而导致荧光强度增强.2.3 Al 3+对EPS 荧光的猝灭Al 3+有很高的离子系数和很低的共价系数，因此可以作为配位原子和配位体发生配位反应. 在上面的讨论中可以看出，在pH ＝4时，Al 主要以Al 3+的形式存在，EPS 荧光较强，因此选择pH=4做猝灭滴定实验. 图3是在pH=4的条件下，随着不断加入Al 3+， EPS 的2个荧光峰荧光强度的变化情况. 从图4可以看出，随着Al 3+浓度增加，EPS 的荧光明显地被猝灭. 当Al 3+在EPS 溶液中的浓度为0.2~6 μmol/L 之间时，峰A 、峰B 的荧光强度不断降低；但当Al 3+浓度达到6 μmol/L 之后，随着Al 3+的浓度增加，两个荧光基团的荧光强度基本不变，说明10 mg/L 的EPS 溶液中发荧光的配位体能与大约6 μmol/L 的Al 3+发生配位作用. 为了定量地研究Al 3+与EPS 的配位作用，可以像学者们研究溶解有机质中假定金属与DOM 之间以1:1发生络合作用[18, 19]那样，假定Al 3+与EPS 也以1:1发生络合，利用修正后的Stern-Volmer 方程来计算配位稳定常数：F 0/△F=1/fK [Al]+1/f其中，F 0和F 是EPS 样品在滴加Al 3+前后的荧光强度. △F = F 0－F ，而f 是被Al 3+配位的荧光基团的比例，[Al]为Al 3+浓度，K 是条件稳定常数.从图5可以看出，F 0/△f 与1/[Al 3+]之间都显示出较好的线形关系，峰A 和峰B 的R 2分别为0.761和0.972，说明修正后的Stern-Volmer 方程基本上可以用来描述EPS 与Al 3+的配位作用. 经计算，峰A 和峰B 所在的两个基团的条件稳定常数log K 分别为5.89和 6.95，表明 EPS 与Al 3+有很强的配位能力，即自然图3 EPS 被Al 3+猝灭前(a)和猝灭后(b)的3DEEM 荧光光谱图Fig. 3 3DEEM of EPS before (a) and after (b) quenched by Al 3+图4 Al 3+对EPS 荧光的猝灭Fig. 4 Fluorescence quenching of EPS by Al 3+图5 Al 3＋对EPS 猝灭的Stern-Volmer 方程拟合(a ：类蛋白荧光峰A ；b ：类蛋白荧光峰B)Fig. 5 Stern-Volmer curves for ﬂ uorescence quenching of EPS by Al 3+at peak A (a) and peak B (b)35015 卷应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol环境中藻菌生物膜的EPS 是Al 3+的强配位体.2.4 EPS 与Al 3+作用的红外特征由图6-a 可以看出，EPS 主要有N—H 和O—H 的伸缩振动(3 500~3 100 cm -1)、C—H 的伸缩振动(2 928.8 cm -1)，C==O 的伸缩振动(1 648.5 cm -1)，CH 2的弯曲振动(1 428.2)，多糖中C—O—C 的伸缩振动(1 150~1 030)及指纹区(<1 000 cm -1). EPS 与入Al 3+配位之后(图6-b)，N—H 、O—H 、C==O 的峰几乎都消失，说明EPS 中的N—H 、O —H 、C==O 参与了A l 3+的配位作用[20, 21].3 结论3.1 藻菌生物膜EPS 的荧光峰主要由类蛋白物质产生. 3.2 EPS 中类蛋白物质与Al 3+具有较强的配位作用. 3.3 pH 值对Al 3+-EPS 体系的配位作用影响明显，pH 在2~4之间时，峰A 、B 两个荧光基团的荧光强度随pH 的增大而增大，4~7之间时随pH 的增大而减小，7~11之间时随pH 增大而增大. 3.4 EPS 中N—H 、C==O 等基团参与Al 3+的配位作用.References1Zhang DY (张道勇), Zhao YS (赵勇胜), Pan XL (潘响亮). The roleof EPS in removing cadmium in sewage by algae-bacteria bio ﬁ lm. Res Environ Sci (环境科学研究), 2004, 17 (5): 52~552Zhang DY, Wang JL, Pan XL Cadmium sorption by EPSs produced by anaerobic sludge under sulfate-reducing conditions. J Hazardous Mat , 2006, 138: 589~5933Kuwae T, Hosokawa Y. Determination of abundance and biovolume of bacteria in sediments by dual staining with 49, 6-diamidino-2-phenylindole and acridine orange: Relationship to dispersion treatment and sediment characteristics. Appl & Environ Microbiol , 1999, 65 (8): 3407~34124 Liu Y, Lam MC, Fang HHP. Adsorption of heavy metals by EPS of activated sludge. Water Sci & Technol , 2001, 43 (6): 59~665Guibaud G. Effect of pH on cadmium and lead binding by extracellular polymeric substances (EPS) extracted from environmental bacterial strains. Colloids & Surfaces B: Biointerfaces , 2008, 63: 48~546Zhang BT (张波涛), Dong DM (董德明), Yang F (杨帆), Li Y (李鱼), Wu YH (吴雨华). Effect of ionic strength in solution on Pb 2 + and Cd 2+ adsorption to surface coatings. J Jilin Univ Earth Sci Ed (吉林大学学报地球科学版), 2004, 34 (4): 566~5707Dong DM (董德明), Ji L (纪亮)，Hua XY (花修艺), Li Y (李鱼)，Zheng N (郑娜). Studies on the characteristics of Co, Ni and Cu and adsorption to natural surface coatings. Chem J Chin Univ (高等学校化学学报),2004, 25 (2): 247~2518 Zhao JY, Nelson DJ. Fluorescence study of the interaction of SuwanneeRiver fulvic acid with metal ions and Al 3+-metal ion competition. J Inorganic Biochem , 2005, 99: 383~3969 Kot A, NamiesNik J, The role of speciation in analytical chemistry. TrACTrends Anal Chem , 2000, 19 (2/3), 69~7910 Sheng GP, Zhang ML, Yu HQ. Characterization of adsorption propertiesof extracellular polymeric substances (EPS) extracted from sludge. Colloids & Surfaces B: Biointerfaces , 2008, 62: 83~9011 Adav SS, Lee DJ. Extraction of extracellular polymeric substancesfrom aerobic granule with compact interior structure. J Hazardous Mat , 2008, 154: 1120~112612 Guibaud G, Comte S. Comparison of the complexation potential ofextracellular polymeric substances (EPS), extracted from activated sludges and produced by pure bacteria strains, for cadmium, lead and nickel. Chemosphere , 2005, 59: 629~63813 Baker A. Fluorescence properties of some farm wastes: Implications forwater quality monitoring. Water Res , 2002, 36: 189~19514 Sheng GP, Yu HQ. Characterization of extracellular polymericsubstances of aerobic and anaerobic sludge using three-dimensional and emission matrix fluorescence spectroscopy. Water Res , 2006, 40: 1233~123915 Wu FC, Midorikawa T, Tanoue E. Fluorescence properties of organicligands for copper (II) in Lake Biwa and its rivers. Geochem J , 2001, 35: 333~34616 L a m e l a s C , B e n e d e t t i M , W i l k i n s o n K J, Sl a v e y k ov a V I.Characterization of H + and Cd 2+ binding properties of the bacterial exopolysaccharides. Chemosphere , 2006, 65: 1362~137017 Fu PQ (傅平青), Liu CQ (刘丛强), Wu FC (吴丰昌). Three-dimensionalexcitation emission matrix ﬂ uorescence spetroscopic charcterization of the complexation between mercury (1I) and dissolved organic matter. Environ Sci (环境科学), 2004, 25 (6): 140~14418 Joaquim CG. Esteves da Silva. Fluorescence quenching of anthropogeniefulvie acids by Cu (Ⅱ), Fe (Ⅲ) and U. Talanta , 1998, 45: 1155~116519 Lu X, Jaffe R. Interaction between Hg (II) and natural dissolved organicmatter ：A ﬂ uorescence spectroscopy based study. Water Res , 200l, 35 (7): 1793~180320 Pan XL, Wang JL, Zhang DY. Biosorption of Pb (II) by Pleurotusostreatus immobilized in calcium alginate gel. Proc Biochem , 2005, 40: 2799~280321 Wei GH (韦革宏), Li SJ (李砉俭), Xu WL (徐万里), Zhu ME (朱铭莪),Gong BS (龚报森), Characteristics of infrared spectra of pure cultures and exopolysaccharide from rhizobia. Chin J Appl Environ Biol (应用与环境生物学报), 1999, 5 (3): 31~34图6 EPS 与Al 3+反应前(a)和反应后(b)的FTIR 谱图Fig. 6 FTIR spectra of EPS before (a) and after (b) binding with Al 3+。

细胞代谢物eps

细胞代谢物eps全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：EPS（Exopolysaccharides）是一种由细胞合成并分泌到环境中的大分子糖类化合物，在微生物生态系统中具有重要作用。

EPS不仅是微生物体外结构的主要成分之一，而且在微生物的生长、代谢和免疫应答中发挥着重要作用。

EPS在生物技术和药物开发领域具有广泛的应用前景，因此对EPS的研究和开发具有重要意义。

EPS是由细胞合成并分泌的多糖类化合物，包括多种糖类单体和醛酮基团。

EPS的合成以多种单糖单体（如葡萄糖、半乳糖、甘露糖等）为原料，通过不同的合成途径形成不同结构的EPS。

EPS的结构种类繁多，具有不同的物理化学性质和生物活性，可作为药物载体、抗菌剂、抗氧化剂等用于多种领域。

EPS在微生物生态系统中具有多种生理功能，如细胞保护、养分吸收、环境适应等。

EPS对微生物的附着、生长和生态环境的响应起着关键作用。

EPS作为微生物的外部保护结构，在细胞免疫和致病机制中发挥着重要作用。

EPS在微生物与宿主相互作用中发挥着重要作用，对宿主的免疫应答和疾病发生有一定影响。

EPS在生物技术与药物开发领域具有广泛的应用前景。

EPS可作为药物的载体和保护剂，增强药物的稳定性和生物利用度。

EPS还具有抗菌、抗肿瘤、抗炎症等生物活性，可作为药物的活性成分。

EPS在生物技术领域也有重要应用，如在环境工程中作为生物吸附剂、凝聚剂等。

EPS在微生物生态系统中具有重要作用，在药物开发和生物技术领域有广泛的应用前景。

对EPS的研究和开发有助于深入理解微生物的生态功能和药物的作用机制，促进相关领域的发展和应用。

EPS的研究是一个富有挑战性和前景的领域，值得进一步深入研究和开发。

【文章达到要求，这里建议可以对EPS的应用领域以及未来研究方向进行更为深入的探讨和展望】。

第二篇示例：细胞代谢物EPS是由微生物细胞合成的、具有多样性结构和功能的多糖化合物。

EPS在微生物体内起着保护细胞、吸附营养物质和环境适应等多种重要功能，是微生物生存和发展的关键物质。

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EPS 性质分析报告
【概述】胞外聚合物( EPS) 是指附着在细菌表面或围绕在细菌周
围,用于自我保护和相互粘附,并在饥饿环境下为细菌提供碳源和能
量的有机物质,主要来源于细菌的分泌、细菌表面物质的脱落、细菌
溶解以及
对周围环境物质的吸附。

PS（多糖）和PN （蛋白质）是EPS 的主要组成成分,两者占
EPS 质量的70 %～80 %; 以多种纯净物为基质时, PS 是主要成分,
而污水处理厂的活性污泥中PN 是主要组成物质,在EPS 中SEPS 和
BEPS 的质量分数在0. 6 %～44. 0 %。
EPS可分为紧密粘附EPS ( Tightly bound EPS,TB)和松散附着
EPS (Loosely bound EPS, LB ) 。TB位于内层,与细胞表面结合较
紧,稳定地附着于细胞壁外,具有一定外形; LB位于TB外层,具有比
较松散的结构,是可向周围环境扩展、无明显边缘的粘液层。
EPS 有着独特的空间结构和复杂的组成成分,其中BEPS （固着）
和SEPS（溶解性）主要起到物质和能量交换、保护和维持作用以及
改变混合液粘度等功能,而各种组成成分则能改变污泥的吸附絮凝性、
正负电性以及亲疏水性等理化特性。
镧固定处理黄色粘球菌后用透射电镜观察发现, EPS围绕在细
菌周围并呈高电子密度的纤维网格状结构。用电镜对非磷酸合成异养
菌进行的观察证实生物膜中的EPS是各种微生物产生的空间结构多
样化的基质,并且相互间有明显的分隔界限。顾笑梅等证实
En
terococcus du rans
产胞外多糖EPS - I具五糖重复单元结构。

【对生物膜形成的影响】生物膜是由细胞生物量和EPS 组成的一
种混合微生物群体, 其中EPS 是生物膜的主要成分,又是生物膜上微
生物群体产生空间结构多样化的基质, 因EPS 而相互间存在明显的
分隔界限。不同环境条件下形成的生物膜的化学组成不同,所以EPS
的化学组成也存在一些差异。溶解态有机物生物膜EPS 中PS 的含量
要高于胶体态有机物生物膜, PN含量的变化与胶体态有机物的水解
过程相一致。研究表明,EPS 的存在有利于细菌粘附聚集到载体表面
形成生物膜,尤其是对细菌粘附到载体表面的初粘阶段;若EPS 含量
较少,细菌粘附到载体表面就
会受到静电作用力的抑制,若EPS 含量较多则会加强细菌的粘附和促
进细菌间粘附,可见EPS 是生物膜形成所必须的。
【防止EPS的措施】一些研究者发现,粉末活性炭( PAC) 可以
减少
料液中的EPS ,并形成生物活性炭,改变膜表面的凝胶层结构,保持较
高的膜通量。KIM 等发现,从投加PAC 的活性污泥上清液中萃取的
EPS的含量比普通活性污泥的减少了50 %。好氧颗粒污泥也可以很好
地包裹粘附EPS ,降低其在膜表面的吸附量。此外,还可以定期选用
物理清洗或化学清洗来去除沉积在膜表面的EPS ,提高膜通量。
EPS 是生物膜的重要组成部分, EPS 的消除与生物膜的消
除密不可分。生物膜的消除包括细菌的离散和EPS 的崩解, 两者的
因果关系和具体的机制尚不清楚。目前相关的机制研究有酶假说、饥
饿假说。变形链球菌NG8 有一种外源性的表面释放蛋白酶, 该酶能
释放一种表面蛋白如粘附素P1 参与生物膜的崩解[7, 8]。伴放线放
线杆菌能产生一种外源性由dspB 编码的氮- 乙酰基- 葡糖基氨基酸
酶亦即DspB, 该酶能导致细菌的离散和基质栅栏结构的崩解[9]。生
物膜微环境中氧压、pH 值、温度、营养浓度等条件的变化可诱发伴
放线放线杆菌的DspB 产生。一种观点认为DspB 底物是四型菌毛,
因而影响伴放线放线杆菌的粘附和解聚集; 另一种则认为DspB 的底
物是胞外多糖, 多糖被DspB 水解, 从而多糖基质降解, 细菌离散。
DspB 这一作用类似于铜绿假单胞菌的褐藻酸裂解酶, 即通过胞外
多糖解聚酶的方式崩解EPS。此外, E.coli K12 生物膜EPS 的成分
Colanic acid 对生物膜复杂的三维结构和厚度的形成必不可少。对
生长期小于60 h的生物膜, 使用DNA1 酶处理后, 发生定植微生物
的离散, 说明胞外的DNA 在生物膜形成的早期可能参与了结构的形
成。通过酶的方法来控制EPS对移除或稳固生物膜可能是个好方法。
饥饿假说认为铜绿假单胞菌生物膜中营养底物消耗, 饥饿环境诱发
了生物膜的崩解及细菌的离散。影响生物膜消除的因
素有营养底物、pH 值、流体剪切力、细菌间信号交流等。对格氏链
球菌研究中发现痕量元素铜也能影响生物膜的崩解, 机械法、化学法
( 如十二烷基硫酸钠) 对消除生物膜有积极作用, 此外有报道称电
流即可诱导手术不锈钢器械上表皮葡萄球菌生物膜的崩解
【EPS理化性质】
细菌胞外聚合物表现出的以下一些物化性质是它被广泛应用的
原因:物理性质
(1)表面负电荷性。EPS中含有多种有机官能团,如羟基、羧基等,
这些官能团在溶液中呈负电荷性。
(2)吸附性。组成EPS的都是一些大分子物质,表面积很大,加上
表面的各种极性和非极性基团,使EPS具有吸附的能力。
( 3)絮凝性。组成EPS的官能团分子量较大,在适宜条件下,一个
分子可以同时与几个悬浮颗粒通过离子键、氢键的作用相结合,迅速
形成网状结构而沉积,从而表现出絮凝能力。
(4)亲水疏水性。蛋白质、腐殖酸、尿酸是EPS中的疏水性部分,
而糖类则是亲水性的主要成分。
此外,胞外聚合物对其所附着的生物膜具有很多功能,例如移动
性、保护和维持作用
化学性质：
EPS 可吸附金属、非金属、大分子物质, 能与许多金属离子Cd2+,
Cu2+, Cr2+, Pb2+螯合形成单价、双价、多价阳离子与EPS 阴离子
相结合的复合物。结合强度受离子大小/电荷的比值、EPS 组成、物
理状态、pH 值、离子盐溶液等影响。pH 低时, 从结合状态释放离子,
高pH 时, 离子被螯合。EPS 中蛋白质和多糖上阴离子官能团, 如羧
基、磷酸基团、硫酸基团、甘油酸基团、丙酮酸基团、琥珀酸基团均
可参与金属离子的螯合。凝胶状态的EPS 比粘液状态的EPS 对金属
的粘附更强。另外紫外线能增加EPS 中羧基的数量, 而促进离子螯
合。