胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)作为可以阻止有毒物质进入细胞内的屏障,可以利用丰富的基团(例如氨基、羧基和苯酚)络合各种毒物从而增加生物膜的抗性,但是EPS在保护电活性生物膜的功能很少被探究。本研究将借助生物电化学系统(Bioelectrochemical system,BES),通过阳极电压来调节混合电活性生物膜(Electroactive Biofilm,EAB)中EPS的数量和组成。选取银离子(Ag~+)作为毒性物质,结合扫描电镜、三维荧光、傅里叶红外光谱、二维荧光和二维红外等技术手段,系统探究不同阳极电压EABs应激耐受性能和机理,为调控和构建高效EAB提供理论支持。分析不同阳极电压(-0.2V、0V、0.2V和0.4V vs SCE)下EABs的物理化学性质发现,0.2 V电压下培养EAB的电流密度为2.7±0.3 m A/cm~2,生物膜厚度为60μm,明显高于其他电压下生物膜。而0 V电压下生物膜EPS总量最多(136.7mg EPS/g VSS),且紧密结合型胞外聚合物(tightly bound EPS,TB-EPS)和松散结合型胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)中的蛋白质和腐殖酸所占比例最高。基于宏基因组学分析发现,EPS生物合成相关的大量基因受到施加的阳极电压调节。给予不同阳极电压培养EABs相同浓度Ag~+刺激,比较不同EABs的应激耐受性能。结果表明:Ag~+刺激后,0 V电压下培养EAB恢复电流最高(1.0±0.1m A/cm~2),4个电压下的电流恢复率依次是3.2%、40.0%、18.5%和15.8%。观察Ag~+刺激前后EABs中活菌比例变化发现,处理前不同电压EAB的活菌比例为85%左右;处理后四个不同电压EABs的活菌比较分别为10.96%、35.46%、25.06%和20.01%。0V电压EABs具有最高的活菌比例,这与0V电压EABs的恢复电流最高一致。这些结果表明,EAB可能在0 V时具有更强的抗冲击能力。研究在不同阳极电压培养下,EABs中EPS各组分(蛋白质、多糖、腐殖质和核酸)与电流恢复率的相关性,发现经Ag~+刺激后EABs的电流恢复率与其LB-EPS和TB-EPS中多糖及DNA呈弱相关(R~2=0.2132;P<0.05),意味着多糖和DNA对EABs的抗休克影响有限。TB-EPS中的蛋白质和腐殖酸与电流恢复率之间存在显著强正相关性(R~2=0.9363和0.9535;P<0.05),LB-EPS的蛋白质和腐殖酸也与电流恢复率具有强烈的正相关(R~2=0.5101和0.4611;P<0.05),表明这两个组分可能在EPS降低Ag~+毒性中起重要作用。通过二维荧光和二维红外分析发现,在与Ag~+结合的过程中,EPS官能团参与顺序依次为:蛋白质的胺基>羰基>酚基>多糖的C-O-C。本研究探讨了EPS保护EABs免受Ag~+冲击的潜在分子机制,为开发构建高效稳定EABs提供了理论基础。