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胞外聚合物（Extracellular polymeric substance，EPS）是微生物细胞分泌，由多糖、蛋白质、少量脂类和少量核酸等构成的一类拥有较高分子量的有机高分子聚合物质;其组分因来源不同而有所差别，但均以多糖和蛋白质为主。它能覆盖于微生物细胞表面，因而构成了“水环境-微生物细胞”间最重要的界面物质，通过EPS渗性障(Permeability barrier)影响污染物在界面间的环境行为;同时，它也能通过可溶性有机质形式被释放到水体中，由于其具有多种活性官能结构，水体中的EPS成为最为重要的环境介质，参与到污染物的环境转化过程中。 本研究以常见的革兰氏阴性大肠杆菌(E.coli DH5α和K12)作为研究对象，以1，3-二硝基苯(1，3-DNB)、Ag+和Au3+作为有机和无机目标化合物，研究了这些目标化合物在“细胞-水环境”EPS界面上的转化过程。结合现代仪器分析手段如傅里叶红外转换吸收光谱(FTIR)、三维激发发射矩阵(3D-EEM)荧光光谱、核磁共振波谱(13C-NMR)、紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)、透射电镜(TEM)、电子能谱(EDS)、选区电子衍射(SAED)、X射线光电子能谱(XPS)、及X射线衍射谱(XRD)，全文阐明了四个方面的重要科学内容，即“EPS参与的1，3-DNB界面还原及菌膜还原糖参与重要性”、“EPS还原糖促成的Ag+和Au3+到对应纳米银和纳米金的界面还原过程”、“重金属（以Au3+作为研究对象）界面还原的二级动力学及与糖当量之间的关系模型”和“细胞通过EPS应对离子胁迫的策略”。详细结果如下:首先，比较以往EPS提取方法的优缺点，优化了本研究体系中大肠杆菌EPS提取流程。结果表明通过“超声-离心法”所获取的EPS含量为干重58.4 mg·L-1，EPS糖类和蛋白质含量分别占了73.26％和25.29％;核酸组分仅为整个EPS组分的0.074％，表明该提取方法获得EPS拥有较多的糖类和蛋白质类，很低的细胞破碎量。胞内DNA组分对EPS的影响可忽略。通过组分化学分析、3D-EEM、FTIR和13C-NMR谱学手段进一步分析表明，EPS官能结构主要是氨基Ⅰ、氨基Ⅱ、羧基、糖醛基（半缩醛）结构为主，EPS具有的活性组分是与糖类有关的α-鼠李糖半缩醛结构和少量胡敏酸内的醌式结构。电化学循环伏安法(CV)分析表明，EPS电氧化过程的峰明显高于发生还原过程的电流峰，表明EPS被氧化、充当还原剂角色，属于还原型的EPS结构。 (1)该研究首次报道了EPS对1，3-DNB的化学还原性能。研究表明从大肠杆菌DH5α表面分离的浓度为60.3 mg·L-1的EPS，在30℃，pH5.6的条件下，能够45小时之内把2.1 mg·L-11，3-DNB完全还原成3-硝基苯胺和3-硝基苯羟氨。1，3-DNB的还原符合伪一级动力学模型，反应速率常数为kobs=4.3×10-2 h-1。FTIR、13C-NMR、及吐仑测试的分析表明，EPS中的鼠李糖和少量酚类残基充当还原剂，参与到1，3-DNB的还原过程中。还原过程中电子迁移的研究表明，可测到的电子流量理论上相当于1，3-DNB还原成3-硝基苯胺/3-硝基苯羟氨结构所获得的电子当量。这表明该反应是依赖于电子迁移的氧化还原反应，而不是依赖于“底物-酶”相互契合的酶催化反应。醌的加入能够促使EPS对1，3-DNB的还原，证实EPS中胡敏酸醌式结构的电子传递作用。Na+、 Zn2+和Cu2+均能抑制1，3-DNB的还原，抑制能力从大到小依次为:Cu2+＞Zn2+＞ Na+;而酸性或者碱性的环境均有助于还原反应的发生。最后，通过测定革兰氏阳性枯草杆菌(Bacillus subtilis)、黄孢原毛平哥菌（Phanerochaete chrysosporium）、酵母真菌（Saccharomyces cerevisiae）和淡水蓝藻菌膜EPS的还原能力表明它们对1，3-DNB均具有不同程度的还原能力，证明自然水体中硝基芳香烃化合物经由EPS所促使的还原反应具有普适性的特点。 (2)Ag+可被还原成簇状的颗粒沉积在大肠杆菌表面，经HRTEM分析为10～30nm的纳米颗粒，且具有以晶体银为特征的暴露晶面(111)。经SAED和XPS谱学进一步分析表明，形成的纳米银(AgNPs)具有(111)、(200)、(220)、(311)和(222)零价银衍射晶面特征，因此鉴定沉积在大肠杆菌菌体表面的簇状结构为零价AgNPs结构。 浊点萃取法能够用来分离大肠杆菌表面AgNPs和Ag+。EPS对胞外银形态的分布的影响结果表明，AgNPs主要存在于无氯培养基和粘附在菌膜内EPS基质中。高含量的EPS更有利于AgNPs在细胞表面沉积。 实验进一步验证了从大肠杆菌表面分离出的EPS和Ag+之间的相互反应。表明EPS能不依赖于菌体独立地还原Ag+到零价AgNPs(直径为5～30 nm)结构，生成的AgNPs被包裹在EPS基质内，并通过EPS构成的网状结构彼此相连。通过对比EPS单独作用产生的AgNPs和前述实验大肠杆菌菌体表面的AgNPs，它们的晶面构型和XPS光电子能谱特征峰均相同，证明了大肠杆菌表面产生的AgNPs是EPS菌膜独立作用的结果，与菌体无关。同时，研究证实了胞外EPS能阻隔Ag+向细胞内部的扩散。这表明胞外的EPS能够作为Ag+渗性障，通过促进Ag+转变成AgNPs的方式，阻隔AgNPs使其滞留在胞外，保护细胞免受Ag+氧化性胁迫，减轻对细胞的毒性。Ag+还原机制的研究表明，EPS还原Ag+到AgNPs的反应，EPS的α-鼠李糖结构半缩醛结构充当还原剂。 (3)研究表明，革兰氏阴性大肠杆菌、革兰氏阳性枯草杆菌和酵母真菌所产生的EPS能够把Au3+还原成8～20nm直径的近球形的胶体纳米金。SAED、XRD和XPS分析表明所生成的AuNPs具有(111)、(200)、(220)、(311)和(222)晶面的零价AuNPs; XPS测得的Au+表明AuNPs的生成经历“Au3+-Au+”和“Au+-Au0”两步还原过程。通过AgCl沉淀滴定法确立了银氨试剂反应后的醛基当量，通过碘量滴定法确定了生成的AuNPs吸光度（OD524 nm）和量之间的关系。通过这些醛基当量和Au3+含量的基本参数确立，计算了参与到大肠杆菌、枯草杆菌和酵母真菌EPS醛基当量和AuNPs生成速率之间的关系。结果表明，EPS还原Au3+生成AuNPs过程符合二级动力学模型，反应过程与EPS来源之间无明显的关系，而受控于EPS内醛基当量。