EPS(胞外聚合物)性質(zhì)綜合分析

1、 EPS 性質(zhì)分析報(bào)告【概述】胞外聚合物( EPS) 是指附著在細(xì)菌表面或圍繞在細(xì)菌周圍,用于自我保護(hù)和相互粘附,并在饑餓環(huán)境下為細(xì)菌提供碳源和能量的有機(jī)物質(zhì),主要來源于細(xì)菌的分泌、細(xì)菌表面物質(zhì)的脫落、細(xì)菌溶解以及對(duì)周圍環(huán)境物質(zhì)的吸附。PS（多糖） 和PN （蛋白質(zhì)）是EPS 的主要組成成分,兩者占EPS 質(zhì)量的70 %80 %; 以多種純凈物為基質(zhì)時(shí), PS 是主要成分,而污水處理廠的活性污泥中PN 是主要組成物質(zhì),在EPS 中SEPS 和BEPS 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0. 6 %44. 0 %。EPS可分為緊密粘附EPS ( Tightly bound EPS,TB)和松散附著EPS (Loose

2、ly bound EPS, LB ) 。TB位于內(nèi)層,與細(xì)胞表面結(jié)合較緊,穩(wěn)定地附著于細(xì)胞壁外,具有一定外形; LB位于TB外層,具有比較松散的結(jié)構(gòu),是可向周圍環(huán)境擴(kuò)展、無明顯邊緣的粘液層。 EPS 有著獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的組成成分,其中BEPS （固著）和SEPS（溶解性） 主要起到物質(zhì)和能量交換、保護(hù)和維持作用以及改變混合液粘度等功能,而各種組成成分則能改變污泥的吸附絮凝性、正負(fù)電性以及親疏水性等理化特性。 鑭固定處理黃色粘球菌后用透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn), EPS圍繞在細(xì)菌周圍并呈高電子密度的纖維網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。用電鏡對(duì)非磷酸合成異養(yǎng)菌進(jìn)行的觀察證實(shí)生物膜中的EPS是各種微生物產(chǎn)生的空間結(jié)構(gòu)多樣化

3、的基質(zhì),并且相互間有明顯的分隔界限。顧笑梅等證實(shí)En terococcus du rans產(chǎn)胞外多糖EPS - I具五糖重復(fù)單元結(jié)構(gòu)。【對(duì)生物膜形成的影響】生物膜是由細(xì)胞生物量和EPS 組成的一種混合微生物群體, 其中EPS 是生物膜的主要成分,又是生物膜上微生物群體產(chǎn)生空間結(jié)構(gòu)多樣化的基質(zhì), 因EPS 而相互間存在明顯的分隔界限。不同環(huán)境條件下形成的生物膜的化學(xué)組成不同,所以EPS 的化學(xué)組成也存在一些差異。溶解態(tài)有機(jī)物生物膜EPS 中PS 的含量要高于膠體態(tài)有機(jī)物生物膜, PN含量的變化與膠體態(tài)有機(jī)物的水解過程相一致。研究表明,EPS 的存在有利于細(xì)菌粘附聚集到載體表面形成生物膜,尤其是對(duì)

4、細(xì)菌粘附到載體表面的初粘階段;若EPS 含量較少,細(xì)菌粘附到載體表面就會(huì)受到靜電作用力的抑制,若EPS 含量較多則會(huì)加強(qiáng)細(xì)菌的粘附和促進(jìn)細(xì)菌間粘附,可見EPS 是生物膜形成所必須的?！痉乐笶PS的措施】 一些研究者發(fā)現(xiàn),粉末活性炭( PAC) 可以減少料液中的EPS ,并形成生物活性炭,改變膜表面的凝膠層結(jié)構(gòu),保持較高的膜通量。KIM 等發(fā)現(xiàn),從投加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減少了50 %。好氧顆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,還可以定期選用物理清洗或化學(xué)清洗來去除沉積在膜表面的EPS ,提高膜通量。 EPS 是生物膜的重要組

5、成部分, EPS 的消除與生物膜的消除密不可分。生物膜的消除包括細(xì)菌的離散和EPS 的崩解, 兩者的因果關(guān)系和具體的機(jī)制尚不清楚。目前相關(guān)的機(jī)制研究有酶假說、饑餓假說。變形鏈球菌NG8 有一種外源性的表面釋放蛋白酶, 該酶能釋放一種表面蛋白如粘附素P1 參與生物膜的崩解7, 8。伴放線放線桿菌能產(chǎn)生一種外源性由dspB 編碼的氮- 乙?；? 葡糖基氨基酸酶亦即DspB, 該酶能導(dǎo)致細(xì)菌的離散和基質(zhì)柵欄結(jié)構(gòu)的崩解9。生物膜微環(huán)境中氧壓、pH 值、溫度、營(yíng)養(yǎng)濃度等條件的變化可誘發(fā)伴放線放線桿菌的DspB 產(chǎn)生。一種觀點(diǎn)認(rèn)為DspB 底物是四型菌毛,因而影響伴放線放線桿菌的粘附和解聚集; 另一種則認(rèn)

6、為DspB 的底物是胞外多糖, 多糖被DspB 水解, 從而多糖基質(zhì)降解, 細(xì)菌離散。DspB 這一作用類似于銅綠假單胞菌的褐藻酸裂解酶, 即通過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 對(duì)生物膜復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)和厚度的形成必不可少。對(duì)生長(zhǎng)期小于60 h的生物膜, 使用DNA1 酶處理后, 發(fā)生定植微生物的離散, 說明胞外的DNA 在生物膜形成的早期可能參與了結(jié)構(gòu)的形成。通過酶的方法來控制EPS對(duì)移除或穩(wěn)固生物膜可能是個(gè)好方法。饑餓假說認(rèn)為銅綠假單胞菌生物膜中營(yíng)養(yǎng)底物消耗, 饑餓環(huán)境誘發(fā)了生物膜的崩解及細(xì)菌的離散。 影響生物膜消除

7、的因素有營(yíng)養(yǎng)底物、pH 值、流體剪切力、細(xì)菌間信號(hào)交流等。對(duì)格氏鏈球菌研究中發(fā)現(xiàn)痕量元素銅也能影響生物膜的崩解, 機(jī)械法、化學(xué)法( 如十二烷基硫酸鈉) 對(duì)消除生物膜有積極作用, 此外有報(bào)道稱電流即可誘導(dǎo)手術(shù)不銹鋼器械上表皮葡萄球菌生物膜的崩解【EPS理化性質(zhì)】細(xì)菌胞外聚合物表現(xiàn)出的以下一些物化性質(zhì)是它被廣泛應(yīng)用的原因:物理性質(zhì)(1)表面負(fù)電荷性。EPS中含有多種有機(jī)官能團(tuán),如羥基、羧基等,這些官能團(tuán)在溶液中呈負(fù)電荷性。(2)吸附性。組成EPS的都是一些大分子物質(zhì),表面積很大,加上表面的各種極性和非極性基團(tuán),使EPS具有吸附的能力。( 3)絮凝性。組成EPS的官能團(tuán)分子量較大,在適宜條件下,一個(gè)分子可以同時(shí)與幾個(gè)懸浮顆粒通過離子鍵、氫鍵的作用相結(jié)合,迅速形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而沉積,從而表現(xiàn)出絮凝能力。(4)親水疏水性。蛋白質(zhì)、腐殖酸、尿酸是EPS中的疏水性部分, 而糖類則是親水性的主要成分。此外,胞外聚合物對(duì)其所附著的生物膜具有很多功能,例如移動(dòng)性、保護(hù)和維持作用化學(xué)性質(zhì)： EPS 可吸附金屬、非金屬、大分子物質(zhì), 能與許多金屬離子Cd2+, Cu2+, Cr2+, Pb2+螯合形成單價(jià)、雙價(jià)、多價(jià)陽離子與EPS 陰離子相結(jié)合的復(fù)合物。結(jié)合強(qiáng)度受離子大小/電荷的比值、EPS 組成、物理狀態(tài)、pH 值、離子鹽溶液等影響。pH 低時(shí), 從結(jié)合狀態(tài)釋放離子, 高pH 時(shí),