本文由Di Wang、Toshiyuki Ueki、Peiyu Ma、Dake Xu和Derek R. Lovley共同完成，分别来自中国东北大学电生物材料研究所、沈阳材料科学国家实验室以及美国马萨诸塞大学阿默斯特分校微生物学系。该研究于2024年5月3日在线发表在《Corrosion Science》期刊上，文章编号为233卷112096号。
微生物活动对含铁金属的腐蚀具有重要的经济和安全性影响，尤其是在基础设施、水处理系统、油气管道和医疗设备等领域。硫酸盐还原菌（Sulfate-Reducing Bacteria, SRB）是厌氧环境中金属腐蚀的主要贡献者，其中Desulfovibrio vulgaris（D. vulgaris）和Desulfovibrio ferrophilus（D. ferrophilus）是研究腐蚀机制的主要模型微生物。D. vulgaris被认为是研究硫酸盐还原菌腐蚀机制的主要纯培养模型，而D. ferrophilus则因其更快的腐蚀速率而被认为具有不同的腐蚀机制。然而，D. ferrophilus的“海洋”培养基中的氯离子浓度远高于D. vulgaris的“淡水”培养基，这可能是导致腐蚀速率差异的关键因素。
本研究旨在探讨氯离子浓度对硫酸盐还原菌腐蚀速率的影响，特别是D. vulgaris和D. ferrophilus在不同氯离子浓度下的腐蚀行为。研究假设认为，D. ferrophilus的腐蚀速率较快可能并非由于其直接电子摄取机制，而是由于培养基中氯离子浓度的差异。
培养基与菌株培养
研究使用了D. vulgaris和D. ferrophilus两种菌株。D. vulgaris在淡水培养基（12 mM氯离子）中培养，并通过逐步增加氯离子浓度，使其适应高氯离子环境（400 mM）。D. ferrophilus则在两种高氯离子培养基（400 mM）中培养：一种是NB培养基，另一种是195C培养基。
腐蚀实验
使用铁片作为腐蚀实验的铁源，铁片经过抛光、清洗和灭菌处理后，分别放入含有不同氯离子浓度的培养基中。实验在厌氧条件下进行，培养基中加入了乳酸作为电子供体，硫酸盐作为电子受体。通过测量铁片的重量损失、腐蚀坑深度和表面形貌来评估腐蚀速率。
电化学测试
使用电化学工作站进行开路电位（OCP）、线性极化电阻（LPR）和动电位极化（PDP）测试，以评估不同氯离子浓度下的腐蚀电流密度和极化电阻。
生物膜成像与腐蚀产物分析
使用共聚焦激光扫描显微镜观察铁片表面的生物膜形成情况，并通过X射线衍射（XRD）和能量色散X射线光谱（EDS）分析腐蚀产物的成分。
氯离子对非生物腐蚀的影响
实验表明，随着氯离子浓度的增加，非生物条件下的铁氧化速率和氢气产量显著增加，腐蚀坑的深度和宽度也随之增大。电化学测试进一步证实，高氯离子浓度显著降低了极化电阻，增加了腐蚀电流密度。
氯离子对D. vulgaris腐蚀的影响
在高氯离子培养基中，D. vulgaris的腐蚀速率显著加快。铁片的重量损失和腐蚀坑深度均高于低氯离子条件下的腐蚀速率。电化学测试结果显示，高氯离子浓度下D. vulgaris的腐蚀电流密度显著增加，表明氯离子通过促进氢气产量和硫酸盐还原反应，进一步加速了腐蚀过程。
D. ferrophilus的腐蚀行为
在相同的高氯离子培养基中，D. ferrophilus的腐蚀速率低于D. vulgaris。然而，当D. ferrophilus在195C培养基中培养时，其腐蚀速率显著增加，表明培养基成分的微小差异也会影响腐蚀速率。
研究结果表明，硫酸盐还原菌的腐蚀速率高度依赖于培养基的组成，尤其是氯离子浓度。D. vulgaris在高氯离子环境下的腐蚀速率显著加快，而D. ferrophilus的腐蚀速率则受培养基成分的影响较大。研究还指出，实验室培养条件与实际环境中的腐蚀条件存在显著差异，未来的研究应尽可能模拟实际环境条件，以获得更具环境相关性的结果。
本研究不仅为理解硫酸盐还原菌的腐蚀机制提供了新的视角，还为实际工程中的腐蚀防护提供了理论依据。通过优化培养基成分，可以更准确地模拟实际环境中的腐蚀条件，从而为开发更有效的腐蚀防护策略奠定基础。