第一作者：刘丹

共同一作：户子帅

通讯作者：李建辉，王波，徐大可（东北大学）

通讯单位：河北科技大学

 研究速览           

近日，河北科技大学李建辉团队在工程技术领域国际知名期刊《Separation and Purification Technology》期刊上发表题为“Synergistic effect on corrosion behavior of X80 steel influenced by Pseudomonas aeruginosa and Acetobacter aceti”的文章。当前，关于金属材料的微生物腐蚀大多集中在单一菌种环境，这与实际腐蚀环境相去甚远。Pseudomonas aeruginosa和Acetobacter aceti分别是电活性细菌和产酸菌的代表菌种，极易对金属材料造成腐蚀。目前针对金属材料在这两种细菌单独存在环境下的腐蚀行为时有研究，但这不能代表实际环境下的腐蚀过程，两类细菌共同存在时对服役金属材料腐蚀过程的影响尚未可知。基于此，该团队研究了X80管线钢在这两类代表性腐蚀细菌共同存在条件下的腐蚀行为，以分析两种细菌在不同条件下的生长情况、代谢产物和腐蚀产物为基础，全面评估X80管线钢在混菌条件下的电化学腐蚀行为。通过分析细菌代谢产物在腐蚀过程中的作用，研究了两种细菌对的X80管线钢的微生物腐蚀促进机制。结果显示，在混合细菌条件下，X80 管线钢表面的点蚀程度明显加重。腐蚀机理研究表明，Pseudomonas aeruginosa分泌产生的电子载体 PCN 促进了Acetobacter aceti腐蚀过程中的电子转移的同时，也促进了其生长。Acetobacter aceti腐蚀金属过程中产生的乙酸盐促进了Pseudomonas aeruginosa的生长。两种细菌之间的共生和相辅相成的作用导致 X80管线钢的腐蚀加剧。    

要点分析

1）Pseudomonas aeruginosa和Acetobacter aceti对 X80 管线钢具有协同腐蚀作用。

2）PCN促进Acetobacter aceti导致的腐蚀过程中的电子转移。

3）PCN通过促进Acetobacter aceti的生长同时加速腐蚀。

4）醋酸盐促进了Pseudomonas aeruginosa的生长，导致腐蚀加速。

图文导读

Pseudomonas aeruginosa与Acetobacter aceti协同作用腐蚀机理图    

图1. X80 钢在非生物培养基、Pseudomonas aeruginosa、Acetobacter aceti和混合细菌条件下于 30 °C 孵育 14 天后的电化学测试。(a) E_ocp随时间的变化。(b) 通过LPR获得的1/Rp数据。(c) 孵育14天后测量的极化曲线。(d)通过极化曲线得到的E_corr和i_corr。    

图2 X80钢在(a, b)非生物培养基，(c, d) Pseudomonas aeruginosa，(e, f) Acetobacter aceti和（g，h）混合细菌条件下的1、4、7、10和14天培养后的Bode和Nyquest曲线。    

图 3 (a) 非生物和 (b) 生物介质中 EIS 的等效电路图。

图 4 X80 钢暴露在非生物培养基、Pseudomonas aeruginosa、Acetobacter aceti和混合细菌培养基中的 1/ (Rct + Rf) 的变化。

图 5 X80 钢在非生物培养基、Pseudomonas aeruginosa、Acetobacter aceti和混合细菌培养基中培养 7 和 14 天后的重量损失。   

图 6 培养7天和14天后X80钢表面粘附细菌的SEM图像。（a）和（d）Pseudomonas aeruginosa，（b）和（e）Acetobacter aceti，（c）和（f）混合细菌条件。

图7 CLSM观察培养7天和14天后X80钢试样表面粘附细菌的情况。（a） 和（d）Pseudomonas aeruginosa，（b）和（e）Acetobacter aceti，（c）和（f）混合细菌条件。    

图8 X80钢在浸泡7天和14天后的点蚀分析。（a）无菌培养基引起的最大凹坑（b）Pseudomonas aeruginosa引起的最大坑（c）计算出的平均和最大坑深（d）Acetobacter aceti造成的最大坑。（e）混合细菌培养基引起的最大凹坑。（f） X80钢试样表面观察到的点蚀坑深度和宽度。

图9（a）非生物培养基、Pseudomonas aeruginosa、Acetobacter aceti和混合细菌培养基中pH X80样本14天的变化；（b） Pseudomonas aeruginosa、醋酸杆菌和混合细菌培养基的生长曲线。    

图10 X80钢在非生物介质、Pseudomonas aeruginosa、Acetobacter aceti和混合细菌中培养14天后的XPS测量光谱。

图11：在（a）非生物培养基、（b）Pseudomonas aeruginosa、（c）Acetobacter aceti和（d）混合细菌条件下培养14天后，Fe 2p的XPS光谱。    

图12外源性PCN对Acetobacter aceti引起的X80钢腐蚀的影响。（a）通过LPR获得的1/Rp数据，（b）极化曲线，（c）通过极化曲线获得的E_corr和i_corr，（d）有和没有外源PCN的Acetobacter aceti生长曲线。

图13 Pseudomonas aeruginosa在0%（对照组）、100%去除有机碳源和100%去除有机碳源并添加外源醋酸盐的更新培养基中的生长曲线。              

结论

本文研究了电化学活性细菌Pseudomonas aeruginosa与产酸菌Acetobacter aceti之间的共生作用和机制。Pseudomonas aeruginosa产生的电子载体PCN促进了产酸菌Acetobacter aceti腐蚀过程中的电子转移过程，进而促进了Acetobacter aceti的生长。同时，腐蚀过程中产生的醋酸盐也促进了Pseudomonas aeruginosa的生长。这两种细菌之间的共生和相互强化的协同作用导致X80钢的腐蚀加速。本文旨在阐明这两种细菌对X80管线钢腐蚀的根本原因。这种机制不同于由单一微生物引起的微生物腐蚀，为理解微生物腐蚀机制提供了新的见解。该研究为电活性细菌和产酸菌之间共生关系提供了有力证据，强调了它们在金属材料腐蚀中的共同作用，研究结果对于在多种细菌共生关系的环境中建立防止微生物腐蚀的保护策略具有重要意义。

参考文献：Dan Liu, Zishuai Hua, Mankun Li, Baochen Han, Yongmei Liang, Muhammad Dilawer Hayat, Yupeng Sun, Daiqiang Jin，Jianhui Li , Bo Wanga，Dake Xue. Synergistic effect on corrosion behavior of X80 steel influenced by Pseudomonas aeruginosa and Acetobacter aceti

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128135