"蜡样芽孢杆菌生物膜代谢调控Q235碳钢在冷却水环境中的腐蚀防护机制研究"

针对冷却水系统中碳钢Q235的微生物腐蚀问题，研究人员通过蜡样芽孢杆菌（B. cereus）生物膜代谢调控开展腐蚀防护研究。结果表明，B. cereus生物膜通过分泌胞外聚合物（EPS）形成复合保护层，使腐蚀失重率降低92.38%，电荷转移电阻（Rct）提升至21616.77 Ω/cm2，并通过非靶向代谢组学鉴定出376种代谢物，其中尿苷单磷酸（UMP）和鸟苷单磷酸（GMP）是关键的腐蚀抑制因子。该研究为微生物腐蚀抑制（MICI）机制提供了分子层面的新见解。

　　

在工业领域，冷却水系统是电厂等设施中不可或缺的热交换单元，其高效的热传导性能和成本效益使其广泛应用。然而，这些系统在运行过程中面临一个棘手的问题——微生物腐蚀（MIC）。适宜的温度和氧气含量为微生物的生长提供了理想环境，导致金属材料如碳钢Q235的腐蚀加速，进而引发穿孔、泄漏等安全隐患。尽管已有研究表明某些微生物能够抑制腐蚀，但冷却水环境下的相关研究仍显不足，且微生物代谢如何参与腐蚀抑制的分子机制尚不明确。

针对这一科学问题，中国的研究团队在《International Biodeterioration》发表了一项创新性研究，探讨了蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus, B. cereus）生物膜代谢对碳钢Q235的腐蚀防护作用。研究发现，B. cereus生物膜通过形成胞外聚合物（EPS）和生物矿化产物的复合层，显著降低了腐蚀速率，并通过代谢组学揭示了核苷酸代谢途径的关键作用。这一成果不仅为微生物腐蚀抑制（MICI）提供了新的理论依据，也为工业冷却水系统的腐蚀防护策略开发指明了方向。

研究团队采用了多项关键技术：通过RCC-II腐蚀测试仪模拟冷却水环境，结合电化学阻抗谱（EIS）和极化曲线分析评估腐蚀行为；利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）表征生物膜形态和元素组成；采用非靶向代谢组学技术（基于液相色谱-质谱联用，LC-MS）系统分析B. cereus生物膜的代谢产物，并通过多元统计分析筛选关键代谢物。

研究结果

1. 腐蚀防护性能验证：添加B. cereus制剂使碳钢Q235的腐蚀失重率降低92.38%，电荷转移电阻（R_ct）提升至21616.77 Ω/cm²，腐蚀电流密度（I_corr）降至16.8 μA cm^?2，表明其显著抑制了电化学腐蚀过程。
2. 生物膜与表面分析：SEM显示B. cereus细胞分泌多糖和蛋白质形成致密生物膜，与生物矿化产物（如Fe₂O₃和Fe₃O₄）共同构成物理屏障，阻隔腐蚀介质与金属基体的接触。
3. 代谢组学解析：从生物膜中鉴定出376种代谢物，其中尿苷单磷酸（UMP）和鸟苷单磷酸（GMP）等核苷酸类物质被确定为关键腐蚀抑制因子，其通过富集于核苷酸代谢途径调控EPS合成和表面钝化。

结论与意义
该研究首次从代谢角度阐明了B. cereus生物膜抑制碳钢腐蚀的分子机制：生物膜通过EPS的物理隔离和代谢产物的化学调控双重作用，改变金属表面理化性质并排斥腐蚀性微生物的附着。其中，核苷酸代谢途径的激活是腐蚀防护的核心机制。这一发现不仅拓展了微生物腐蚀抑制的理论框架，也为开发基于微生物代谢调控的新型防腐技术提供了科学依据，尤其在冷却水系统等工业场景中具有广阔的应用前景。