酵母提取物调控细菌代谢及镍微生物腐蚀的机制研究：培养基优化与生物膜电子传递新见解

针对硫酸盐还原菌(SRB)介导的镍(Ni)微生物腐蚀(MIC)问题，研究人员通过探究酵母提取物(YE)对Desulfovibrio vulgaris代谢活性、生物膜形成及电子传递机制(EET)的影响，发现YE通过调节生物膜结构和钝化膜特性显著抑制EET-MIC过程。该研究为工业环境中镍基材料的腐蚀防护提供了新策略，并对MIC研究中YE作为通用营养源的适用性提出重要警示。

　　

镍及其合金作为能源工业的核心材料，长期面临着微生物腐蚀(Microbiologically Influenced Corrosion, MIC)的严峻挑战。在海洋工程、油气开采等恶劣环境中，硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)通过代谢活动加速金属降解，其中以Desulfovibrio vulgaris为代表的SRB能通过胞外电子传递(Extracellular Electron Transfer, EET)机制直接夺取镍(Ni)的电子，导致局部点蚀和材料失效。更棘手的是，传统研究中广泛使用的酵母提取物(Yeast Extract, YE)作为培养基成分，其复杂生化组成可能同时影响微生物代谢与腐蚀过程，但具体作用机制尚未阐明。这种认知空白使得工业界难以精准评估材料在真实环境中的服役寿命，也阻碍了针对性防护策略的开发。

针对这一科学难题，山东大学的研究团队在《Bioelectrochemistry》发表的研究中，系统揭示了YE在SRB介导的Ni-MIC中的双重作用机制。研究采用电化学测试（包括极化曲线和电化学阻抗谱）、表面形貌分析（SEM和CLSM）、以及代谢活性检测（细胞计数和生物膜活性分析）等技术，结合来自标准菌种保藏中心的D. vulgaris Hildenborough菌株，构建了完整的实验体系。

细胞计数和生物膜活性分析
通过血球计数法发现，无YE培养基中D. vulgaris浮游细胞最大浓度仅为1.5×10⁸ cells·mL^-1，而有YE组达到3.2×10⁸ cells·mL^-1。但反常的是，无YE条件下Ni表面生物膜附着量反而增加2.3倍，共聚焦显微镜显示其厚度达25.6 μm（有YE组仅8.7 μm），表明YE缺乏迫使细菌通过增强EET获取能量。

电化学行为与腐蚀形貌
动电位极化测试显示，无YE组的局部腐蚀电流密度升高4.8倍，阻抗模值下降83%。表面分析证实无YE样品出现深度达12.4 μm的点蚀坑，而有YE组仅见均匀腐蚀。XPS分析揭示YE促进Ni表面形成富含Ni(OH)₂的钝化膜，其Cr/Fe比值较对照组提高2.1倍。

代谢通路解析
拉曼光谱检测到无YE生物膜中细胞色素c含量显著增加，同时检测到更高浓度的H₂S（达37.8 mg·L^-1），证实YE缺乏激活了直接电子摄取途径。而YE中的核黄素等氧化还原介质通过介导电子转移(Mediated Electron Transfer, MET)途径分流了EET需求。

讨论与结论
该研究首次阐明YE通过三重机制抑制Ni-MIC：①作为优质碳源减少细菌对EET的依赖；②吸附成膜改变Ni表面钝化层特性；③调节生物膜空间结构降低局部腐蚀风险。特别重要的是，研究发现传统ATCC 1249培养基中YE的使用可能掩盖EET-MIC的真实程度，这对标准化腐蚀测试提出方法论警示。从应用角度看，通过精准调控培养基YE浓度（建议0.1-0.5 g·L^-1），可为海洋装备和能源设施的镍基材料提供经济有效的防护策略。这项成果不仅深化了对微生物-材料界面行为的理解，也为工业界优化材料服役方案提供了理论依据。