海洋環境下金屬(shu)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)兩個電化學過程，即(ji)陽(yang)極(ji)和陰極(ji)反應，常常受(shou)到附(fu)著在金屬(shu)表(biao)面微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜協(xie)同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)影響[1]，而(er)引起(qi)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)蝕(shi)（MIC）。據統計(ji)[2]，微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)不(bu)容小覷，大(da)約20%的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)損失是由其引起(qi)的(de)(de)(de)(de)，全世界因微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)蝕(shi)造成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)直接(jie)損失每(mei)年估(gu)計(ji)為(wei)300~500 億美元，我(wo)國(guo)每(mei)年因腐(fu)蝕(shi)造成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)直接(jie)損失也(ye)高(gao)達(da)2800 億元人(ren)民幣[3]，其中相當一部分是由微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)造成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)。微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)腐(fu)蝕(shi)給(gei)國(guo)民經濟帶來巨大(da)的(de)(de)(de)(de)危害(hai)，越來越受(shou)到人(ren)們的(de)(de)(de)(de)重視。

目前(qian)，海洋環境中與腐(fu)(fu)蝕相關(guan)的微(wei)生物(wu)主要有(you)： 鐵細菌(jun)（Iron Bacteria）、硫酸(suan)(suan)鹽還(huan)原菌(jun)（ Sulfate-re- ducing Bacteria）、產(chan)酸(suan)(suan)菌(jun)（Acid-producing Bacteria）、和腐(fu)(fu)生菌(jun)（Slime-producing Bacteria）等，微(wei)生物(wu)通(tong)過生命活(huo)動，直接或間接地(di)影響金(jin)屬(shu)的腐(fu)(fu)蝕過程[4]，主要表現為3 種方(fang)式：新(xin)陳代謝影響金(jin)屬(shu)/溶液界面的腐(fu)(fu)蝕反應(ying)過程；改變周圍(wei)的環境條(tiao)件，如(ru)溶解氧(yang)、鹽度、pH 值(zhi)等；通(tong)過代謝產(chan)物(wu)促進或抑制腐(fu)(fu)蝕。

1 微生(sheng)物(wu)腐蝕歷史回溯

1891 年(nian) Garrett 第(di)一次(ci)提出(chu)(chu)微生物腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)后， Gaines 于(yu)1910 年(nian)從埋設地下管線的腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物中提取出(chu)(chu)鐵嘉(jia)氏桿菌（Gallinoella Ferruginea ），指(zhi)出(chu)(chu)了細菌參與管道(dao)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的證據[5]。荷(he)蘭學者Von Wlzoge Kühr 自(zi)1922 年(nian)開始(shi)做了大量關(guan)(guan)于(yu)SRB 的研究工作，并于(yu)1934 年(nian)提出(chu)(chu)了著(zhu)名的陰極去(qu)極化理論(lun)，自(zi)此，科技界才開始(shi)關(guan)(guan)注微生物作用下的腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。

20 世紀60 年代以來(lai)，各國(guo)學(xue)(xue)者(zhe)對微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)腐(fu)蝕進行了(le)(le)一系列研(yan)究(jiu)。Postgate[6]系統地(di)探究(jiu)了(le)(le)硫酸鹽還原菌(jun)的(de)(de)營(ying)養需(xu)求、生(sheng)(sheng)理(li)和生(sheng)(sheng)態特(te)征，奠定了(le)(le)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)腐(fu)蝕的(de)(de)研(yan)究(jiu)基礎。Booth 和Ievrson 等人在微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)腐(fu)蝕機(ji)理(li)方面作了(le)(le)大量探索，形成(cheng)了(le)(le)典型的(de)(de)SRB 厭氧(yang)腐(fu)蝕理(li)論(lun)[7]。到了(le)(le)20 世紀80 年代，表(biao)面分(fen)析技術日趨發展，使(shi)得人們可以精確地(di)測量生(sheng)(sheng)物(wu)膜的(de)(de)厚度和結(jie)構組成(cheng)。出于工業發展的(de)(de)需(xu)要，微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)腐(fu)蝕的(de)(de)研(yan)究(jiu)也從單純地(di)分(fen)析表(biao)面失效事(shi)故變成(cheng)日益成(cheng)熟的(de)(de)交叉學(xue)(xue)科[8—9]。其范圍涉及微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)學(xue)(xue)、電化學(xue)(xue)、材料科學(xue)(xue)

和表(biao)面化學等(deng)(deng)，大大加深了人們對(dui)于(yu) MIC 的(de)(de)認識。進(jin)入 20 世(shi)紀 90 年(nian)代，各種表(biao)面分析技(ji)術（ EDAX， XPS，XRD）、電化學技(ji)術（ EIS，EMPA）、微(wei)(wei)觀成(cheng)像(xiang)技(ji)術（ AFM，ESEM，SECM，SVM）和生(sheng)物技(ji)術（ PCR， 16S rRNA）等(deng)(deng)都被應用到微(wei)(wei)生(sheng)物腐(fu)蝕(shi)(shi)領域[8]，在腐(fu)蝕(shi)(shi)界掀起了一股研究(jiu)熱潮。此后，微(wei)(wei)生(sheng)物腐(fu)蝕(shi)(shi)研究(jiu)朝著微(wei)(wei)觀化和宏(hong)觀生(sheng)態學方向(xiang)不斷發展，已形成(cheng)相(xiang)對(dui)完整的(de)(de)理(li)論。如今，鑒于(yu)海洋環境的(de)(de)特(te)殊(shu)性和生(sheng)物物種多樣性，有關微(wei)(wei)生(sheng)物腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)各類(lei)研究(jiu)更是如火如荼，不時有文章(zhang)刊出(chu)[10—12]。

2生物膜生成及其對微(wei)生物腐(fu)蝕的影響

2.1生物膜的成(cheng)長過(guo)程(cheng)

自然(ran)海水中(zhong)(zhong)，微生(sheng)物(wu)傾向(xiang)于(yu)附著在(zai)(zai)材料表面生(sheng)長，并在(zai)(zai)其上(shang)形成(cheng)生(sheng)物(wu)膜，這是由不(bu)(bu)同的(de)(de)機理決定的(de)(de)。微生(sheng)物(wu)具有自我保護的(de)(de)反饋機制(zhi)，當環境(jing)(jing)(jing)中(zhong)(zhong)有毒物(wu)質，如(ru)緩蝕(shi)劑、殺菌劑出現時，會(hui)刺激菌體聚集(ji)(ji)成(cheng)團，分泌大量(liang)黏(nian)液而(er)抵御毒物(wu)的(de)(de)侵入。細(xi)菌以(yi)生(sheng)物(wu)膜的(de)(de)方式(shi)聚集(ji)(ji)在(zai)(zai)一(yi)起有利于(yu)捕(bu)獲環境(jing)(jing)(jing)中(zhong)(zhong)的(de)(de)營養物(wu)質，而(er)且通過種(zhong)(zhong)間協(xie)作，不(bu)(bu)同種(zhong)(zhong)類的(de)(de)細(xi)菌集(ji)(ji)聚生(sheng)長能夠充分利用雙(shuang)方的(de)(de)代謝產物(wu)，形成(cheng)能量(liang)循環，達到“合作共贏”的(de)(de)模(mo)式(shi)，如(ru)產酸菌（ APB）和硫酸鹽還原(yuan)菌（ SRB）的(de)(de)協(xie)作關系。這種(zhong)(zhong)特性使得(de)生(sheng)物(wu)膜群落獨立于(yu)外部環境(jing)(jing)(jing)，抗(kang)干(gan)擾(rao)能力(li)顯著增強[13]。

生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜的(de)成(cheng)分較復雜，主(zhu)要為(wei)含水量在95%以(yi)上的(de)凝膠相[14]，由細(xi)菌、胞外(wai)高聚物(wu)(wu)（EPS）、腐蝕產物(wu)(wu)和懸浮顆(ke)粒等共同組成(cheng)[15]。它(ta)的(de)形成(cheng)是一(yi)個(ge)高度自(zi)發的(de)動(dong)態過程，隨(sui)著細(xi)菌的(de)生(sheng)(sheng)長(chang)和消亡，周圍環(huan)境不斷變(bian)化。一(yi)般來說，生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜的(de)生(sheng)(sheng)成(cheng)主(zhu)要涉及4

個步驟[16]，如圖1 所示。

1ㄘ海水中(zhong)溶解態(tai)的的無機(ji)粒子和有機(ji)物，如蛋白質(zhi)等(deng)被吸(xi)附在材料表面形成(cheng)一條件膜(mo)；

2ㄘ浮游狀態的微生(sheng)物因靜(jing)電作用或范德華力(li)與條件膜接觸(chu)，逐步“定居”在物體表(biao)面上；

3ㄘ附著(zhu)的細胞在表(biao)面不斷增殖(zhi)，分泌胞外(wai)高聚

物(wu)，同時也(ye)有(you)其(qi)他的(de)微生物(wu)粘附到表(biao)面(mian)，生物(wu)膜不斷生長、變厚(hou)，直(zhi)至成(cheng)熟(shu)；

1ㄘ在外(wai)部條件的作用下，部分生(sheng)物膜脫落，被水流帶(dai)到其(qi)余地(di)方(fang)繼(ji)續(xu)生(sheng)長。

圖(tu)1  生物(wu)膜演(yan)化模(mo)型(xing)Fig.1