雄伟的跨海大桥、海中的钻井平台……人类的脚步正延伸向深海。但这类钢铁建筑都面临同一个难题：腐蚀。海洋腐蚀是威胁海洋工程设施安全的主要问题之一。而在各类腐蚀中，微生物腐蚀占比高达20%。

这是因为微生物通常附着在材料表面形成生物被膜，这种保护性结构有利于微生物获取营养物质，并增强其对恶劣环境的抵抗能力。但这种生物被膜，却与微生物腐蚀的发生和发展密不可分。

目前，杀菌剂是工业环境中控制微生物腐蚀最广泛的技术手段之一。其中，四羟甲基硫酸磷（THPS）因其低毒性和高水溶性，被广泛应用于微生物腐蚀防控。

但中国工程院院士、中国科学院海洋研究所研究员侯保荣带领的研究团队却发现，亚致死浓度的THPS可通过促进生物被膜形成和电子传递，加速钢铁腐蚀。

研究团队采用生物膜表征、表面分析和转录组分析等方法，系统研究了亚致死浓度THPS作用下，一种环境中广泛存在的微生物——施氏假单胞菌，对X70管线钢（建筑中广泛应用的钢型材）的腐蚀行为。

这种微生物原本有抑制腐蚀的作用。但研究结果却发现，亚致死浓度的THPS虽然能有效抑制浮游细胞生长，却会促进施氏假单胞菌在钢表面形成生物被膜，让其对X70钢的腐蚀作用发生逆转——从无杀菌剂条件下的抑制腐蚀，转变为杀菌剂暴露时的促进腐蚀。

施氏假单胞菌在亚致死浓度THPS下的钢铁腐蚀机理示意图

研究人员解释，生物被膜的形成，提高了其对杀菌剂的耐受性——生物被膜内的胞外聚合物等，共同构成了阻碍杀菌剂进入的有效有机屏障，为其生长提供了物理保护。转录组学分析进一步表明，杀菌剂不仅改变了施氏假单胞菌的代谢过程，还可能促进其细胞与金属之间的电子传递，最终加速钢铁的腐蚀。

此外，THPS破坏了施氏假单胞菌形成的保护性生物矿化层，导致金属表面形成氧浓差电池。这些原因共同导致施氏假单胞菌的作用从抑制腐蚀转变为促进腐蚀。

这一研究结果表明，杀菌剂的应用不仅仅要考虑其对浮游细菌的影响，更需要考虑其对生物被膜的影响——不合理使用杀菌剂，可能会加剧微生物腐蚀。这为优化杀菌剂在实际工程中的应用提供了重要依据。

研究团队进一步给出了解决办法：通过使用绿色无毒的杀菌剂增强剂，能显著提高THPS对细菌生物被膜的分散作用，有效提高杀菌效果。

此外，使用基因工程手段对腐蚀性细菌的关键电子传递基因进行敲除，也能达到改变细菌腐蚀行为和降低细菌腐蚀性的效果。

作者：张瑞永

（中国科学院海洋研究所研究员）

来源：光明日报、中国科学院海洋研究所