【科學·近距離】

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20%。

這是因為微生物通常附著在材料表面形成生物被膜，這種保護性結構有利于微生物獲取營養物質，并增強其對惡劣環境的抵抗能力。但這種生物被膜，卻與微生物腐蝕的發生和發展密不可分。目前，殺菌劑是工業環境中控制微生物腐蝕最廣泛的技術手段之一。其中，四羥甲基硫酸磷（THPS）因其低毒性和高水溶性，被廣泛應用于微生物腐蝕防控。

但中國工程院院士、中國科學院海洋研究所研究員侯保榮帶領的研究團隊卻發現，亞致死濃度的THPS可通過促進生物被膜形成和電子傳遞，加速鋼鐵腐蝕。

研究團隊采用生物膜表征、表面分析和轉錄組分析等方法，系統研究了亞致死濃度THPS作用下，一種環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。但研究結果卻發現，亞致死濃度的THPS雖然能有效抑制浮游細胞生長，卻會促進施氏假單胞菌在鋼表面形成生物被膜，讓其對X70鋼的腐蝕作用發生逆轉——從無殺菌劑條件下的抑制腐蝕，轉變為殺菌劑暴露時的促進腐蝕。

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——生物被膜內的胞外聚合物等，共同構成了阻礙殺菌劑進入的有效有機屏障，為其生長提供了物理保護。轉錄組學分析進一步表明，殺菌劑不僅改變了施氏假單胞菌的代謝過程，還可能促進其細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。這些原因共同導致施氏假單胞菌的作用從抑制腐蝕轉變為促進腐蝕。

這一研究結果表明，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——不合理使用殺菌劑，可能會加劇微生物腐蝕。這為優化殺菌劑在實際工程中的應用提供了重要依據。

研究團隊進一步給出了解決辦法：通過使用綠色無毒的殺菌劑增強劑，能顯著提高THPS對細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菌的關鍵電子傳遞基因進行敲除，也能達到改變細菌腐蝕行為和降低細菌腐蝕性的效果。

（作者：張瑞永，系中國科學院海洋研究所研究員）