鹿以蓮

來源：光明網(wǎng)-《光明日報(bào)》

【科學(xué)·近距離】

作者：張瑞永（中國科學(xué)院海洋研究所研究員）

雄偉的跨海大橋、海中的鉆井平臺……人類的腳步正延伸向深海。但這類鋼鐵建筑都面臨同一個難題：腐蝕。海洋腐蝕是威脅海洋工程設(shè)施安全的主要問題之一。而在各類腐蝕中，微生物腐蝕占比高達(dá)20%。

這是因?yàn)槲⑸锿ǔ８街诓牧媳砻嫘纬缮锉荒?，這種保護(hù)性結(jié)構(gòu)有利于微生物獲取營養(yǎng)物質(zhì)，并增強(qiáng)其對惡劣環(huán)境的抵抗能力。但這種生物被膜，卻與微生物腐蝕的發(fā)生和發(fā)展密不可分。目前，殺菌劑是工業(yè)環(huán)境中控制微生物腐蝕最廣泛的技術(shù)手段之一。其中，四羥甲基硫酸磷（THPS）因其低毒性和高水溶性，被廣泛應(yīng)用于微生物腐蝕防控。

但中國工程院院士、中國科學(xué)院海洋研究所研究員侯保榮帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)卻發(fā)現(xiàn)，亞致死濃度的THPS可通過促進(jìn)生物被膜形成和電子傳遞，加速鋼鐵腐蝕。

研究團(tuán)隊(duì)采用生物膜表征、表面分析和轉(zhuǎn)錄組分析等方法，系統(tǒng)研究了亞致死濃度THPS作用下，一種環(huán)境中廣泛存在的微生物——施氏假單胞菌，對X70管線鋼（建筑中廣泛應(yīng)用的鋼型材）的腐蝕行為。

這種微生物原本有抑制腐蝕的作用。但研究結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，亞致死濃度的THPS雖然能有效抑制浮游細(xì)胞生長，卻會促進(jìn)施氏假單胞菌在鋼表面形成生物被膜，讓其對X70鋼的腐蝕作用發(fā)生逆轉(zhuǎn)——從無殺菌劑條件下的抑制腐蝕，轉(zhuǎn)變?yōu)闅⒕鷦┍┞稌r的促進(jìn)腐蝕。

研究人員解釋，生物被膜的形成，提高了其對殺菌劑的耐受性——生物被膜內(nèi)的胞外聚合物等，共同構(gòu)成了阻礙殺菌劑進(jìn)入的有效有機(jī)屏障，為其生長提供了物理保護(hù)。轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析進(jìn)一步表明，殺菌劑不僅改變了施氏假單胞菌的代謝過程，還可能促進(jìn)其細(xì)胞與金屬之間的電子傳遞，最終加速鋼鐵的腐蝕。此外，THPS破壞了施氏假單胞菌形成的保護(hù)性生物礦化層，導(dǎo)致金屬表面形成氧濃差電池。這些原因共同導(dǎo)致施氏假單胞菌的作用從抑制腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)腐蝕。

這一研究結(jié)果表明，殺菌劑的應(yīng)用不僅僅要考慮其對浮游細(xì)菌的影響，更需要考慮其對生物被膜的影響——不合理使用殺菌劑，可能會加劇微生物腐蝕。這為優(yōu)化殺菌劑在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供了重要依據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步給出了解決辦法：通過使用綠色無毒的殺菌劑增強(qiáng)劑，能顯著提高THPS對細(xì)菌生物被膜的分散作用，有效提高殺菌效果。此外，使用基因工程手段對腐蝕性細(xì)菌的關(guān)鍵電子傳遞基因進(jìn)行敲除，也能達(dá)到改變細(xì)菌腐蝕行為和降低細(xì)菌腐蝕性的效果。

《光明日報(bào)》（2025年07月24日16版）

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