微生物在环境中各个生态位中均扮演着重要的角色，它们在生存中进化出了 种类繁多的用以适应环境的不断变化的种群生存策略。例如，细菌通过自养、异 养、好氧和厌氧代谢获取能量或细菌通过分泌胞外聚合物进行自我防御等等。其 中以分泌胞外聚合物（Extracellular polymeric substance，EPS）用来获取食物、保 护自身安全的生存策略在各种类型的微生物中最为广泛。本研究探究了微生物及 其分泌的 EPS 在参与自然水体净化过程的作用，具体研究包括三个部分：（1）陆 地与水体交汇的缓冲带（河岸带）中微生物对于天然有机物的去除机制；（2）自 然水体中微生物及其分泌的 EPS 对于水体中颗粒物及污染物的去除机制；（3） 自然水体在进入膜过滤工艺后，微生物及其分泌的 EPS 在低温下加剧污染的机 制。

      河岸带土壤中微生物对有机物去除及有机质迁移规律的研究结果如下：河岸 带土壤（包括森林和湿地）在 40-60 cm 深度的土层形成了严格的厌氧环境。河 岸带森林土壤的微生物在厌氧环境中以碳酸盐代谢为主，河岸带湿地土壤的微生 物在厌氧环境中以碳酸盐代谢、硫酸盐代谢和硝酸盐代谢为主。由此，可以确定 河岸带湿地是微生物的活跃区域及有机质分解、转化的主要区域。同时，河岸带 湿地能够有效的去除陆源和水源带来的有机物，起到吸附和去除河流有机污染物 的作用。此外，还发现河岸带颗粒有机质在 0-60 cm 土层中是由森林土壤横向湿 地土壤横向迁移迁移，且颗粒有机质可由上向下纵向迁移。在 60 cm 以下河岸带 颗粒有机质的迁移将会受到土壤粒径变小的限制，但 DOM 的迁移不受这一因素 的限制，它可以在 60 cm 土层下继续向横向和纵向迁移。最后，趋动微生物分解 有机物的动力在于土壤各种理化性质，适宜的理化性质有利于微生物对有机物的 分解。湿地大量的水分能够使物质交换更加活跃，加快微生物对有机质的去除速 率。

      微生物及 EPS 对水体自净能力的验证实验中，我们首次证实了细菌在天然 水中去除颗粒物的能力；还证实了在不同的环境条件下，不同的微生物群落结构 和不同的优势菌群能达到相同的水体净化的作用。由此得出，不同类群的微生物 在不同的环境条件下充当着相同生态位功能的结论。研究还发现细菌所产生的EPS 中的胞外多糖和脂多糖是去除颗粒物的主要成分，其去除颗粒物的机理为吸 附和架桥作用。而不同的微生物生成的 EPS 中不同类型的多糖也导致了它们去 除颗粒能力的差异。最后，实验证实细菌自身也可以对颗粒物有吸附作用，尤其 是革兰氏阴性细菌，这可能与其细胞膜表面的磷脂双分子层中含有更多的多糖成 分有关。因此，细菌与 EPS 叠加后对颗粒物的去除效果在本研究中为最佳絮凝 组合。

      通过超滤-重力驱动膜系统（Ultrafiltration gravity-driven membrane，UF-GDM） 模型实验，探讨了低温下滤膜表面形成的生物污染层的机理。研究发现：在低温 高溶解氧的条件（4 °C）下，UF 滤膜表面微生物的嘧啶代谢显著上调、亚油酸代 谢显著下调；微生物的代谢速率和群落结构发生显著性变化；低温代谢导致多糖 的产量增加，而多糖侧链中的 C=O 和 O=C-O 官能团也被证实显著增加，从而提 高了生物淤积层的黏度和其对水的阻力。引起上述显著性变化的主要原因是低温 下的优势菌 Limnohabitans、Deinococcus、Diaphorobacter、Flavobacterium 和 Pseudomonas 在低温高溶解氧的胁迫下为保证自身的兼性厌氧的生存环境，对环 境产生应急性反应。细菌所产生大量的多糖和蛋白是为了包裹住菌体，为自身创 造了更佳的厌氧生存环境。