海洋好氧生物膜在不锈钢导体表面的微污损过程及其腐蚀抑制机理研究

海洋生物膜在材料表面形成生物膜，导致材料的生物污损；对金属材料还进一步导致腐蚀破坏。充分认识生物膜在材料表面的污损和腐蚀过程，有助于寻找和发现新的技术和方法来解决海洋生物污损和生物腐蚀难题。国内外最新研究进展包括我们的初步结果表明，不仅许多厌氧微生物具有电活性，海洋好氧生物膜同样具有电活性，是一种电极呼吸生物膜，这种生物膜对金属腐蚀实际起着保护作用。这预示着海洋生物膜在导体材料表面的附着机理可能与生物膜在绝缘材料表面的附着有着本质不同。本项目拟围绕海洋好氧生物膜与不锈钢等导体电极材料的相互作用过程，通过微生物学、电化学和表面观察分析等多种技术手段，研究好氧生物膜在电极表面的微生物群落特征、微生物附着污损过程及其与电极的电子传递机理,从全新的角度，研究不锈钢在海水中的微生物腐蚀和腐蚀抑制机理。本研究不仅有望揭示一种新的微生物生态现象，有关成果也将对发展海洋生物腐蚀和污损控制技术具有重要价值。

本项目研究了天然海水环境中不锈钢、碳钢等导体材料表面的微生物污损行为及腐蚀微生物群落特征；观察研究了好氧假单胞细菌、厌氧硫酸盐还原细菌等模式微生物在不锈钢、石墨等导体材料表面的微生物附着、呼吸机理和电子传递机理，建立了相关的研究试验方法；研究了天然海水生物膜、好氧铁还原细菌生物膜、铁氧化细菌等在不锈钢导体材料表面的腐蚀抑制行为或腐蚀加速行为及其可能的机理。.对不锈钢、碳钢等导体材料表面的微生物群落开展了较深入研究，并筛选培养了铁氧化细菌、铁还原细菌等微生物。分子生物学技术分析发现，在不锈钢表面占据绝对优势的是α-变形菌，占72.3%，主要属于红细菌科。其他微生物群落包括18.1%的ε-变形菌、2.1%的γ-变形菌以及7.4%的拟杆菌（属于黄杆菌科）。碳钢锈层内的微生物群落则十分不同。其中1年期内锈层菌落主要以脱硫弧菌为主（SRB），另一种具有产氢功能菌的优势菌Firmicutes也在内锈层中被发现。还从碳钢锈层内富集培养获得了铁氧化细菌、铁还原细菌等腐蚀性微生物。.对生物膜与导体材料电子传递机理开展了创新性研究。我们提出，在厌氧条件下，好氧细菌能够以电极为电子受体，能够进行电极呼吸而得以存活。我们以假单胞细菌为模式微生物，开展了较系统研究，发现吩嗪在生物膜的电极呼吸中作为电子载体起着关键作用。我们发现，只有在极化电位(0.2 V vs SCE）并同时添加吩嗪的条件下，P. aeruginosa细菌能够存活。而只有在该条件下细菌与电极之间具有显著的阳极电流，即微生物能够通过吩嗪将电子传递给电极，从而进行电极呼吸。这是一种十分重要的现象，需要开展进一步研究。我们还使用模式细菌硫酸盐还原细菌（SRB）在石墨电极导体材料表面开展了电极与生物膜电子传递机理研究，提出了硫酸盐还原菌氢化酶催化下的氢的氧化还原过程机理。.对天然生物膜、模式生物膜的腐蚀抑制或腐蚀加速行为开展了较系统的研究。开展了海洋天然生物膜的变正与腐蚀抑制行为研究，发现天然生物膜确实抑制了不锈钢的初始腐蚀，提出这与生物膜影响的阳极抑制作用有关；我们还发现富集铁氧化细菌对不锈钢腐蚀具有加速现象，提出了铁氧化细菌影响的不锈钢去合金化腐蚀机理；发现铁还原细菌能够抑制不锈钢的腐蚀，提出了铁还原细菌的电极呼吸腐蚀抑制机理。