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为探究 EPS 成分作用及环境影响，研究人员以 10 种土壤细菌和真菌为对象，在不同碳源（甘油 / 淀粉）及有无石英基质条件下培养，分析 EPS 中 7 种成分。发现 EPS 组成受微生物类型主导，产量由环境驱动，为土壤微生物过程研究提供新视角。
在微生物的生命活动中，生物膜（biofilm）作为微生物群落的 “家园”，其核心组成部分胞外聚合物（extracellular polymeric substances, EPS）一直是科学界关注的焦点。EPS 不仅为微生物提供物理支撑，还在养分保留、抗逆性等方面扮演关键角色。然而，尽管 EPS 的主要成分（如碳水化合物、蛋白质）已被广泛认知，但其中氨基糖（如甘露糖胺、半乳糖胺）的具体功能及其与其他成分的互作机制尚不明晰。此外，环境因素（如碳源类型、矿物表面存在）如何调控 EPS 的产量与组成，仍存在诸多未解之谜。这些知识缺口制约了我们对土壤等复杂环境中微生物过程的深入理解，因此开展相关研究迫在眉睫。
德国卡塞尔大学（University of Kassel）、柏林自由大学（Freie Universit?t Berlin）及哥廷根大学（University of G?ttingen）的研究人员针对上述问题，开展了一项系统性研究。他们以 10 种土壤细菌和 10 种土壤真菌为研究对象，在甘油或淀粉作为碳源、添加或不添加石英基质的条件下进行培养，旨在揭示 EPS 组成与环境因子及微生物类型的关联。研究成果发表在《BMC Microbiology》，为解析土壤微生物 EPS 的功能奠定了重要基础。
研究采用了以下关键技术方法：
- 微生物培养：将菌株接种于含不同碳源的培养基，设置石英基质存在与否的对照，培养 4 天以诱导 EPS 生成。
- EPS 提取：采用阳离子交换树脂（CER）法提取 EPS，确保分离细胞外聚合物。
- 成分分析：通过比色法（如 BCA 法、Lowry 法）测定碳水化合物、蛋白质含量，高效液相色谱（HPLC）分析氨基糖（MurN、ManN、GalN、GlcN），荧光法检测 DNA 浓度。
- 统计分析：运用混合效应线性模型和主成分分析（PCA），解析微生物类型、碳源、基质对 EPS 组成的影响。
底物、基质和微生物类型对 EPS 成分的影响
研究发现，EPS 组成显著受微生物类型调控，而产量差异主要由环境条件驱动。在蛋白质（EPS-protein）方面，甘油作为碳源及石英基质存在时，细菌和真菌的 EPS-protein 产量均显著升高，且细菌整体产量高于真菌。碳水化合物（EPS-carbohydrate）则呈现不同趋势：淀粉与石英共同作用时，其浓度达到峰值，表明复杂碳源和矿物表面可协同促进碳水化合物合成。DNA（EPS-DNA）含量在细菌中显著高于真菌，石英基质仅在甘油培养基中促进细菌 EPS-DNA 释放。
氨基糖的分布具有明显微生物特异性：细菌中检测到 MurN，而真菌中未检出，表明其可能作为细菌坏死物质的标记；ManN 和 GalN 在细菌中含量更高，且不受底物或基质显著影响；GlcN 在细菌和真菌中均有分布，石英基质普遍诱导其浓度升高。此外，GlcN/MurN 摩尔比在细菌中呈现底物依赖性，液体培养基中比值较高，暗示 GlcN 可能部分来源于 EPS 而非仅细胞壁。
EPS 成分间的关系
主成分分析（PCA）显示，PC1 主要反映微生物类型差异，与蛋白质、DNA、氨基糖（ManN、GalN、MurN）密切相关；PC2 则由碳水化合物主导，体现环境条件的影响。在细菌中，碳水化合物与其他成分关联较弱，而真菌中 GalN、ManN 与碳水化合物呈正相关，与蛋白质、DNA 负相关，提示不同微生物类群的 EPS 成分互作模式存在本质差异。
结论与讨论
本研究明确了 EPS 产量主要受碳源（如淀粉 vs 甘油）和基质（石英）等环境因素调控，而组成差异则由微生物类型决定。例如，细菌 EPS 更依赖微生物自身特性，而真菌对环境变化更敏感。氨基糖中的 ManN 和 GalN 被证实为 EPS 的固有成分，其功能可能与细胞表面结构相关；MurN 和 GlcN 则与坏死物质相关，但 GlcN 在 EPS 中的额外来源需进一步验证。
EPS 中碳水化合物 / 蛋白质比值（C/P ratio）被视为功能指示因子：高比值与复杂碳源（淀粉）和石英基质相关，可能对应疏水性更强、抗逆性更高的生物膜结构，这为解释土壤生物膜的环境适应机制提供了新线索。尽管研究采用的石英基质简化了土壤环境，但结果仍为后续复杂体系研究奠定了方法论基础，尤其是阳离子交换树脂提取法的有效性得到验证。
该研究不仅拓展了我们对 EPS 成分功能的认知，还为土壤碳储存、微生物群落稳定性等生态过程的研究提供了关键切入点，有望推动生物膜在农业、环境修复等领域的应用。未来研究可进一步结合原位分析技术，探究自然土壤中 EPS 的动态变化及其与矿物、有机质的相互作用，为揭示微生物 - 土壤互作的分子机制开辟新路径。
