胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)是微生物在生长繁殖过程中分泌的具有生物活性的高分子聚合物总称,广泛存在于微生物胞外及其聚集体内部。EPS组分与矿物间吸附会影响一系列生物地球化学反应过程,如细菌的定殖、团聚体的形成、生物浸矿以及胞外电子传递等。本文以牛血清蛋白和羧甲基葡聚糖作为EPS的模式蛋白与多糖,选取土壤中常见的粘土矿物(蒙脱石、高岭石和针铁矿),借助原子力显微镜和等温微量热仪等现代分析技术,研究胞外蛋白和多糖在矿物表面的吸附反应,旨在预测EPS和矿物在吸附过程中的行为模式,为微生物-土壤矿物吸附理论的完善提供依据。主要结果如下:(1)基于原子力显微镜技术获得了牛血清蛋白/羧甲基葡聚糖与矿物的作用力。结果显示随着离子强度升高,牛血清蛋白/羧甲基葡聚糖与矿物的粘附力均呈现先增加后降低的趋势。体系离子浓度为10 m M时,牛血清蛋白与蒙脱石、高岭石和针铁矿获得最大粘附力,分别为374±6 p N、224±27 p N和151±43 p N;葡聚糖与蒙脱石、高岭石和针铁矿的最大粘附力分别为170±32 p N、141±13 p N和168±27 p N。p H(3.9-8.4)的升高会降低模式分子与粘土矿物的粘附力。体系p H为3.9时,粘附力最大,此时牛血清蛋白与蒙脱石、高岭石和针铁矿的粘附力分别为353±9 p N、274±79 p N和215±32 p N;葡聚糖与蒙脱石、高岭石和针铁矿的粘附力分别为276±7 p N、167±47 p N和334±21 p N。根据原子力显微镜结果可知牛血清蛋白与矿物的粘附力顺序为:蒙脱石>高岭石>针铁矿。蒙脱石与模式蛋白的粘附力最大,蒙脱石表面疏水性强于针铁矿和高岭石,说明疏水作用力可以用于解释模式蛋白与蒙脱石有着更强的吸附效果。酸性和中性条件下,羧甲基葡聚糖与针铁矿的粘附力大于蒙脱石/高岭石。此时针铁矿表面带正电与葡聚糖存在静电斥力,蒙脱石/高岭石带负电与葡聚糖为静电引力,推测是除疏水力外的其他非静电力导致胞外多糖更易与针铁矿结合。(2)利用微量热仪得到牛血清蛋白/羧甲基葡聚糖与粘土矿物间的吸附滴定热。综合比较粘土矿物与模式分子的滴定热数据可知,牛血清蛋白与蒙脱石的吸附放热量(48.3μJ)最大,其次是高岭石(35.3μJ),最小为针铁矿(31.0μJ)。这表明形成复合物后,体系能量更低,牛血清蛋白吸附在蒙脱石表面形成的复合物更稳定。羧甲基葡聚糖与矿物的吸附放热量顺序则为:针铁矿(26.7μJ)>高岭石(24.8μJ)>蒙脱石(7.7μJ),显然针铁矿与葡聚糖形成的复合体最为稳定。