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细菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances，EPS)是细菌在其生长繁殖过程中所分泌的生物大分子聚合物质的总称，是自然环境中普遍存在的生物有机质。EPS与无机胶体之间的相互作用可以影响一系列的生物化学过程，如微生物粘附与生物膜形成、颗粒团聚和沉降、矿物溶解、生物浸矿和生物矿化等。本文以天然土壤粘粒矿物（蒙脱石、高岭石和针铁矿）、工程纳米颗粒（二氧化钛）和常见土壤细菌（恶臭假单胞菌，Pseudomonas putida;枯草芽孢杆菌，Bacillus subtilis）分泌的EPS为供试材料，在传统化学分析方法的基础上，综合运用激光共聚焦显微镜(CLSM)、DLVO理论、透射电子显微镜(TEM)、衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)结合二维相关光谱(2D-CoS)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、近边X射线吸收精细结构光谱(NEXAFS)和动态光散射(DLS)等现代仪器分析技术，研究了EPS在土壤矿物表面的吸附行为与机制，以及不同环境条件下(pH、离子强度和离子价态等)，EPS对土壤矿物稳定性的影响。主要结果如下: (1)基于激光共聚焦技术并同步结合化学吸附方法，阐明了恶臭假单胞菌EPS各组分（蛋白质、多糖和核酸）在蒙脱石、高岭石和针铁矿表面的选择吸附特性及内在机理。EPS中蛋白质组分主要吸附在蒙脱石和高岭石表面，而核酸组分主要吸附在针铁矿表面。由于EPS的表面特性和结构随pH增加而发生改变，使得EPS在矿物表面的吸附百分比随反应体系pH由3.0升高到9.0而逐渐降低。通过采用经典DLVO理论，拟合了不同pH条件下EPS与三种土壤矿物的相互作用力，发现EPS与蒙脱石和高岭石作用过程中，静电力起主要作用，而EPS与针铁矿作用过程中，静电力和配位键共同起作用。 (2)应用ATR-FTIR/2D-CoS技术，阐明了不同离子强度条件下枯草芽孢杆菌EPS各基团在针铁矿表面的吸附顺序和构型变化。随NaCl浓度由1mmol/L升高至50mmol/L，EPS中蛋白质次级结构由刚性向弱刚性转变，使EPS中蛋白质与针铁矿接触的比表面积增加，从而促进了EPS中蛋白质在针铁矿表面的吸附，该结果与通过C1s NEXAFS光谱所得结果相一致。EPS中各官能团在针铁矿表面的吸附顺序为（以5mmol/L NaC1溶液分析为例）:羧基C=O，多糖C-O(1396cm-1，1132cm-1)→酰胺ⅠC=O(1650cm-1)→酰胺ⅡC-N(1540cm-1)→核酸P-O和P=O(1035cm-1,1086cm-1)→酰胺ⅢCH2(1455cm-1)。 (3)明确了不同环境条件下枯草芽孢杆菌EPS影响针铁矿稳定性的机制。当针铁矿表面带正电荷时，外源EPS的加入可促进针铁矿团聚，而当针铁矿表面带负电荷或不带电荷，EPS加入促进了颗粒分散。在NaCl(0-1000mmol/L)、NaNO3(0-1000mmol/L)和Na2SO4(0-250mmol/L)溶液中，离子强度的增加会促使针铁矿颗粒发生较强的团聚，EPS加入会促使针铁矿颗粒发生分散，使针铁矿在三种溶液中的临界絮凝浓度值分别由43.0、56.7和0.39mmol/L升高至168.0、304.9和126.2mmol/L。在Na3PO4(0-120mmol/L)溶液中，低浓度磷酸盐(≤1mmol/L)溶液中，针铁矿的絮凝速率随磷酸盐浓度增加呈现出先增加后降低的趋势;高浓度磷酸盐(＞1mmol/L)溶液中，针铁矿的絮凝速率则随磷酸盐溶液浓度增加逐渐增强。 (4)揭示了枯草芽孢杆菌EPS存在条件下，不同金属离子类型(Ca2+、Cu2+和pb2+)对针铁矿稳定性的影响。三种金属离子对针铁矿絮凝能力强弱顺序依次为:Ca＞Pb＞Cu。在Ca2+溶液中，针铁矿颗粒之间可形成桥接作用，该作用对针铁矿颗粒的团聚能力明显强于Cu2+和pb2+与针铁矿表面之间的表面吸附和配位交换作用;当向反应体系中加入1、5和10mg/L EPS溶液后，Ca2+、Cu2+和pb2+对针铁矿絮凝能力强弱结果为:Pb＞Cu＞Ca，此时Cu2+和pb2+与EPS-针铁矿复合体表面基团之间的络合作用对针铁矿胶体的团聚能力要明显强于Ca2+的非特异性阳离子交换作用。 (5)阐明了枯草芽孢杆菌EPS不同组分对工程纳米颗粒团聚的影响。在NaCl和低浓度CaC12溶液(＜10mmol/L)中，EPS能有效的促进TiO2纳米颗粒发生发散，胞外蛋白质在此过程中起着重要的作用;当CaC12浓度较高时(＞10mmol/L)，多糖团聚体与TiO2纳米颗粒之间形成大团聚体，从而增强TiO2纳米颗粒团聚体的形成。明确了不同pH和离子强度条件下，EPS对TiO2纳米颗粒在环境体系中的存在状态起重要作用。只有当TiO2纳米颗粒表面带正电荷时，一定浓度EPS的加入才会促进TiO2纳米颗粒团聚，其他情况下EPS加入后均起到分散TiO2纳米颗粒的作用。