海洋環境下金屬腐蝕的兩個電化學過程，即陽極和陰極反應，常常受到附著在金屬表面微生物膜協同作用的影響[1]，而引起微生物腐蝕（MIC）。據統計[2]，微生物腐蝕的作用不容小覷，大約20%的腐蝕損失是由其引起的，全世界因微生物腐蝕造成的直接損失每年估計為300~500 億美元，我國每年因腐蝕造成的直接損失也高達2800 億元人民幣[3]，其中相當一部分是由微生物造成的。微生物腐蝕給國民經濟帶來巨大的危害，越來越受到人們的重視。

目前，海洋環境中與腐蝕相關的微生物主要有： 鐵細菌（Iron Bacteria）、硫酸鹽還原菌（ Sulfate-re- ducing Bacteria）、產酸菌（Acid-producing Bacteria）、和腐生菌（Slime-producing Bacteria）等，微生物通過生命活動，直接或間接地影響金屬的腐蝕過程[4]，主要表現為3 種方式：新陳代謝影響金屬/溶液界面的腐蝕反應過程；改變周圍的環境條件，如溶解氧、鹽度、pH 值等；通過代謝產物促進或抑制腐蝕。

1 微生物腐蝕歷史回溯

1891 年 Garrett 第一次提出微生物腐蝕后， Gaines 于1910 年從埋設地下管線的腐蝕產物中提取出鐵嘉氏桿菌（Gallinoella Ferruginea ），指出了細菌參與管道腐蝕的證據[5]。荷蘭學者Von Wlzoge Kühr 自1922 年開始做了大量關于SRB 的研究工作，并于1934 年提出了著名的陰極去極化理論，自此，科技界才開始關注微生物作用下的腐蝕。

20 世紀60 年代以來，各國學者對微生物腐蝕進行了一系列研究。Postgate[6]系統地探究了硫酸鹽還原菌的營養需求、生理和生態特征，奠定了微生物腐蝕的研究基礎。Booth 和Ievrson 等人在微生物腐蝕機理方面作了大量探索，形成了典型的SRB 厭氧腐蝕理論[7]。到了20 世紀80 年代，表面分析技術日趨發展，使得人們可以精確地測量生物膜的厚度和結構組成。出于工業發展的需要，微生物腐蝕的研究也從單純地分析表面失效事故變成日益成熟的交叉學科[8—9]。其范圍涉及微生物學、電化學、材料科學

和表面化學等，大大加深了人們對于 MIC 的認識。進入 20 世紀 90 年代，各種表面分析技術（ EDAX， XPS，XRD）、電化學技術（ EIS，EMPA）、微觀成像技術（ AFM，ESEM，SECM，SVM）和生物技術（ PCR， 16S rRNA）等都被應用到微生物腐蝕領域[8]，在腐蝕界掀起了一股研究熱潮。此后，微生物腐蝕研究朝著微觀化和宏觀生態學方向不斷發展，已形成相對完整的理論。如今，鑒于海洋環境的特殊性和生物物種多樣性，有關微生物腐蝕的各類研究更是如火如荼，不時有文章刊出[10—12]。

2生物膜生成及其對微生物腐蝕的影響

2.1生物膜的成長過程

自然海水中，微生物傾向于附著在材料表面生長，并在其上形成生物膜，這是由不同的機理決定的。微生物具有自我保護的反饋機制，當環境中有毒物質，如緩蝕劑、殺菌劑出現時，會刺激菌體聚集成團，分泌大量黏液而抵御毒物的侵入。細菌以生物膜的方式聚集在一起有利于捕獲環境中的營養物質，而且通過種間協作，不同種類的細菌集聚生長能夠充分利用雙方的代謝產物，形成能量循環，達到“合作共贏”的模式，如產酸菌（ APB）和硫酸鹽還原菌（ SRB）的協作關系。這種特性使得生物膜群落獨立于外部環境，抗干擾能力顯著增強[13]。

生物膜的成分較復雜，主要為含水量在95%以上的凝膠相[14]，由細菌、胞外高聚物（EPS）、腐蝕產物和懸浮顆粒等共同組成[15]。它的形成是一個高度自發的動態過程，隨著細菌的生長和消亡，周圍環境不斷變化。一般來說，生物膜的生成主要涉及4

個步驟[16]，如圖1 所示。

1ㄘ海水中溶解態的的無機粒子和有機物，如蛋白質等被吸附在材料表面形成一條件膜；

2ㄘ浮游狀態的微生物因靜電作用或范德華力與條件膜接觸，逐步“定居”在物體表面上；

3ㄘ附著的細胞在表面不斷增殖，分泌胞外高聚

物，同時也有其他的微生物粘附到表面，生物膜不斷生長、變厚，直至成熟；

1ㄘ在外部條件的作用下，部分生物膜脫落，被水流帶到其余地方繼續生長。

圖1  生物膜演化模型Fig.1