近日，中國科學院海洋研究所海洋關(guān)鍵材料全國重點實驗室侯保榮院士團隊極端環(huán)境腐蝕與防護技術(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)表于國際學術(shù)期刊npj Materials Degradation。

海洋腐蝕是威脅海洋工程設施安全的主要問題之一，對國家經(jīng)濟造成巨大損失。在各類腐蝕中，微生物腐蝕（MIC）占比高達20%。微生物通常附著在材料表面形成生物被膜，這種保護性結(jié)構(gòu)不僅有利于微生物獲取營養(yǎng)物質(zhì)，還能增強其對惡劣環(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。研究團隊采用生物膜表征、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胞生長，卻會促進X70鋼表面生物被膜的形成，與此同時，P. stutzeri對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的促進腐蝕。

圖1 P. stutzeri在亞致死濃度THPS下的鋼鐵腐蝕機理示意圖

（紅字：殺菌劑暴露下上調(diào)基因，藍字：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通過促進其生物被膜形成，提高了對殺菌劑的耐受性。生物被膜內(nèi)的胞外聚合物（EPS）等共同構(gòu)成了阻礙殺菌劑進入的有效有機屏障，為P. stutzeri的生長提供了物理保護。轉(zhuǎn)錄組學分析進一步表明，殺菌劑不僅改變了P. stutzeri的代謝過程，還可能促進了P. stutzeri細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形成的保護性生物礦化層，導致金屬表面形成氧濃差電池。這些原因共同導致P. stutzeri從抑制腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M腐蝕。該結(jié)果表明，殺菌劑的應用不僅僅要考慮其對浮游細菌的影響，更需要考慮其對生物被膜的影響，殺菌劑使用不合理可能會加劇微生物腐蝕。這一研究結(jié)果為優(yōu)化殺菌劑在實際工程中的應用提供了重要依據(jù)。

研究團隊進一步指出，通過使用綠色無毒的殺菌劑增強劑能夠顯著提高THPS對細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腐蝕性細菌的關(guān)鍵電子傳遞基因進行敲除，從而達到改變細菌腐蝕行為和降低細菌腐蝕性的效果，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院國際交流計劃（PIFI）訪問學者Sikandar Khan，張瑞永研究員和Sikandar Khan博士為共同通訊作者。相關(guān)研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院國際交流計劃等項目支持。

論文信息：

(1) Xin Shi, Yimeng Zhang*, Ruiyong Zhang*, Chengpeng Li, Can Wang, Xiao Wang, Sand wolfgang, Jizhou Duan. Sublethal THPS accelerates Pseudomonas-associated steel corrosion by stimulating biofilm development and microbial electron uptake corrosion in acid oilfield solution, npj Materials Degradation, 2025,9(1): 75. 

https://www.nature.com/articles/s41529-025-00625-3

(2) Sikandar Khan*, Ruiyong Zhang*, Xiutong Wang, Jizhou Duan, Ini-Ibehe Nabuk Etim, Krishnamurthy Mathivanan, Can Wang. Harnessing bacterial power: advanced strategies and genetic engineering insights for biocorrosion control and inhibition, npj Materials Degradation, 2025, 9(1): 74. 

https://www.nature.com/articles/s41529-025-00623-5