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水体砷（As）污染是备受关注的全球环境问题之一,影响了数百万人的健康。砷具有致癌作用,在环境中主要以砷酸盐（AsⅤ）和亚砷酸盐（AsⅢ）为主。微藻广泛分布于水环境中,并分泌大量的胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）。这些大分子是“水-藻”界面中重要的代谢产物,在砷废水处理领域具有良好的应用前景。微藻EPS富含各种氧化/还原有机配体,能影响As等重金属的迁移和转化。迄今为止,有关EPS对微藻细胞表面特性、As的毒性、吸收、吸附和形态影响的研究仍不多见,且As如何影响微藻EPS的合成及其化学组成也不明确。因此,开展EPS对微藻砷生物富集和形态转化的影响研究至关重要。本文首先以模式蓝藻--集胞藻PCC6803为对象,探索EPS对细胞表面特性、As毒性、生物累积和形态转化的影响。我们研究了 0-500 μM的As（Ⅲ）和As（Ⅴ）处理下,集胞藻的生长和EPS的变化,测定了细胞表面和提纯的EPS的zeta电位和结合位点,分析了有无EPS的集胞藻对As的富集和形态变化,并采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）和酸碱电位滴定技术,测定有无EPS的集胞藻细胞表面特性。此外对提纯的集胞藻EPS,还研究了不同EPS施加量（100-300 mg L-1）和溶液pH（4.5-8.5）对As结合和转化的影响。为研究EPS对绿藻As耐性、富集和形态的影响,本文采用两株莱茵衣藻进行对比实验,藻种分别为野生型（CC-125）和细胞壁缺失突变体（CC-503）,首先对两株莱茵衣藻进行梯度浓度为0-1000 μg L-1的As（Ⅲ）和As（Ⅴ）处理,测定有无EPS的CC-125和CC-503在As处理下的生长、EPS的生成以及化学成分的变化。接着研究了在As（Ⅲ）和As（Ⅴ）处理48小时后有无EPS的两株莱茵衣藻对As富集、吸附、吸收和形态转化的差异。此外还利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和三维荧光光谱（3D-EEM）等多种分析技术研究了两株衣藻EPS的主要成分及参与As结合的官能团。在集胞藻的实验结果表明,去除EPS后,集胞藻细胞表面的结合位点和Zeta电位分别降低了 44.43%和31.9%。随着As（Ⅲ）和As（Ⅴ）浓度的增加,细胞的生长降低了49.4%和43.7%,As在细胞中的富集量分别降低了 12.8-44.5%和14-42.7%。然而去除EPS的藻细胞对As的吸收增强。与去除EPS的藻细胞相比,具有完整EPS的集胞藻细胞中As（Ⅲ）的氧化和As（Ⅴ）的还原能力更强。当As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的浓度从10-500 μM增加时,集胞藻的EPS合成分别增加了 18-39.8%和5.8-26.9%。在分别加入As（Ⅲ）和As（Ⅴ）、pH值为8.5和4.5的溶液时,纯化的EPS中As的最大吸附量为211.40和197.84μg g-1,最佳去除率分别为52.8%和49.5%。此外,在提纯的EPS（100-300 mg L-1）添加到As（Ⅲ）和As（Ⅴ）中之后,As（Ⅴ）和As（Ⅲ）分别占总溶解As的5.3-20.3%和6.4-26.7%。莱茵衣藻CC-125和CC-503的数据表明,EPS提取后,As对CC-125和CC-503藻细胞的毒性增加,并且发现As（Ⅴ）对两种微藻的毒性比As（Ⅲ）高。施加As（Ⅲ）和As（Ⅴ）（0-1000μg L-1）处理后,与对照组相比,CC-125细胞的EPS含量分别增加了 38-54%和14.7-43.8%。去除EPS后,CC-125细胞吸收的As分别比具有完整EPS细胞的多22.2-44.7%和 16.7-45.0%,吸附的 As 则减少 2-2.9 和 1.54-2.37 倍。去除 EPS 后,相对于As（Ⅲ）处理,As（Ⅴ）处理的细胞对As的吸附更高,并且有完整EPS细胞中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的氧化还原均高于去除EPS的细胞,而DMA和MMA的合成并没有显著性差异。对CC-503研究的结果显示,与对照组相比,As（Ⅲ）处理下有无EPS的CC-503细胞的生长率分别降低1.5-15.2%和9.1-26.9%,而As（Ⅴ）处理下有无EPS的CC-503细胞的生长分别降低为20-27.3%和37.7-44.8%。暴露于As（Ⅲ）和As（Ⅴ）后,EPS的总含量分别提高18.9-44.5和11.3-47.7%。相对于去除EPS的细胞,未提取EPS的CC-503细胞对As的吸附量增加,而As的吸收量减少。EPS提取后,微藻细胞和培养基中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的形态变化减少。透射电子显微镜（TEM）图像显示,去除EPS后,两种莱茵衣藻的细胞器损伤均比具有EPS的藻株多,这表明EPS降低了砷对藻细胞的毒性。通过FTIR、ATIR和3D-EEM对三种微藻纯化后的EPS进行分析,结果表明EPS中包含大量的官能团如C-O-C、C=O、-NH和-OH等,这些官能团可以通过表面络合机制使As在EPS表面累积。微藻EPS可以促进As在微藻细胞中的富集和氧化还原转化。相对于莱茵衣藻,集胞藻对砷的耐受性更高、在生物富集和形态转化方面效果更好;在两株莱茵衣藻中,CC-125比CC-503去除As的效果更好。综上所述,本文以两种模式微藻（集胞藻PCC6803和莱茵衣藻CC-125、CC-503）为材料,全面研究了 EPS对微藻细胞As富集和形态转化的影响、EPS的合成、以及参与As结合的EPS官能团,揭示了 As-EPS之间相互作用机制,明确了 EPS对藻类细胞As毒性的影响。本文的研究结果对于阐明微藻EPS在环境中As的生物地球化学循环中的作用具有重要意义,并有助于开发基于微藻EPS的As修复技术,促进As的去除和解毒。