【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院海洋研究所海洋關(guān)鍵材料全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室侯保榮院士團(tuán)隊(duì)極端環(huán)境腐蝕與防護(hù)技術(shù)研究組研究發(fā)現(xiàn)亞致死濃度殺菌劑THPS可通過促進(jìn)生物被膜形成和電子傳遞加速鋼鐵腐蝕，相關(guān)研究成果以多篇論文發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊npj Materials Degradation。
 

　　海洋腐蝕是威脅海洋工程設(shè)施安全的主要問題之一，對(duì)國家經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。在各類腐蝕中，微生物腐蝕(MIC)占比高達(dá)20%。微生物通常附著在材料表面形成生物被膜，這種保護(hù)性結(jié)構(gòu)不僅有利于微生物獲取營養(yǎng)物質(zhì)，還能增強(qiáng)其對(duì)惡劣環(huán)境的抵抗能力。因此，微生物腐蝕的發(fā)生和發(fā)展與生物被膜的形成密不可分。殺菌劑是目前在油氣田等工業(yè)環(huán)境中用于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)用于油氣管道和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)等的微生物腐蝕防控。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Pseudomonas stutzeri對(duì)X70管線鋼的腐蝕行為。研究結(jié)果發(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(huì)促進(jìn)X70鋼表面生物被膜的形成，與此同時(shí)，P. stutzeri對(duì)X70鋼的腐蝕作用發(fā)生了顯著轉(zhuǎn)變——從無殺菌劑條件下的抑制腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)闅⒕鷦┍┞稌r(shí)的促進(jìn)腐蝕。
 

圖1 P. stutzeri在亞致死濃度THPS下的鋼鐵腐蝕機(jī)理示意圖
 

　　(紅字：殺菌劑暴露下上調(diào)基因，藍(lán)字：下調(diào)基因)
 

　　生物被膜是微生物在殺菌劑脅迫等不利環(huán)境下的重要生存策略。本研究發(fā)現(xiàn)，P. stutzeri通過促進(jìn)其生物被膜形成，提高了對(duì)殺菌劑的耐受性。生物被膜內(nèi)的胞外聚合物(EPS)等共同構(gòu)成了阻礙殺菌劑進(jìn)入的有效有機(jī)屏障，為P. stutzeri的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P. stutzeri的代謝過程，還可能促進(jìn)了P. stutzeri細(xì)胞與金屬之間的電子傳遞，最終加速了鋼鐵的腐蝕(圖1)。此外，THPS破壞了P. stutzeri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P. stutzeri從抑制腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)腐蝕。該結(jié)果表明，殺菌劑的應(yīng)用不僅僅要考慮其對(duì)浮游細(xì)菌的影響，更需要考慮其對(duì)生物被膜的影響，殺菌劑使用不合理可能會(huì)加劇微生物腐蝕。這一研究結(jié)果為優(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)一步指出，通過使用綠色無毒的殺菌劑增強(qiáng)劑能夠顯著提高THPS對(duì)細(xì)菌生物被膜的分散作用，有效提高THPS的殺菌效果。此外，使用基因工程手段對(duì)腐蝕性細(xì)菌的關(guān)鍵電子傳遞基因進(jìn)行敲除，從而達(dá)到改變細(xì)菌腐蝕行為和降低細(xì)菌腐蝕性的效果，也可作為提高微生物腐蝕抑制能力的重要工具和手段。
 

　　論文(1)第一作者為博士研究生石鑫，張瑞永研究員、張一夢副研究員為共同通訊作者；論文(2)第一作者為中國科學(xué)院國際交流計(jì)劃(PIFI)訪問學(xué)者Sikandar Khan，張瑞永研究員和Sikandar Khan博士為共同通訊作者。相關(guān)研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院國際交流計(jì)劃等項(xiàng)目支持。