铁离子介导的海洋短小杆菌Exiguobacterium sp. 9–2诱导碳酸钙沉淀：一种新型生物矿化机制及其海洋工程应用

海洋环境中钢筋混凝土结构的腐蚀问题亟待解决。研究人员从东海分离出一株新型海洋细菌Exiguobacterium sp. 9–2，发现其可通过微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术形成矿化层，且Fe3+通过促进生物大分子聚集显著提升CaCO3沉淀效率。该研究为海洋岩土工程提供了绿色修复方案，并拓展了微生物矿化机制认知。

　　

海洋环境中的钢筋混凝土结构长期面临严峻的腐蚀挑战，传统物理化学修复方法存在成本高、污染环境等缺陷。微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbially Induced Carbonate Precipitation, MICP）技术因其环境友好特性被视为潜在解决方案，但海洋环境下的微生物矿化机制研究仍存空白。

宁波市相关研究机构的研究人员从中国东海（121.4° E, 30.0° N）的海水和海泥样本中分离出29株菌株，通过TC4钛合金表面矿化层筛选，首次发现一株具有显著生物矿化能力的短小杆菌属菌株Exiguobacterium sp. 9–2。该菌在人工海水环境中诱导形成的矿化层经扫描电镜（SEM）观察显示为蜂窝状短棒结构堆叠，X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实其主要成分为碳酸钙（CaCO₃）。尤为重要的是，研究发现三价铁离子（Fe³⁺）在矿化过程中扮演"催化剂"角色——通过促使生物大分子聚集，加速钙离子（Ca²⁺）和碳酸根离子（CO₃^2-）的富集，形成"细菌-铁-生物大分子"复合物作为理想成核位点，最终促进CaCO₃晶体的生成与生长。相关成果发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》，为海洋岩土工程提供了新型生物修复策略。

研究采用三项关键技术：1）东海样本的16S rRNA基因测序鉴定菌株；2）TC4钛合金表面矿化层形貌表征（SEM/XRD/FTIR）；3）铁离子介导的矿化动力学分析。

细菌分离与鉴定
通过2216E培养基富集培养和稀释涂布法获得纯培养菌株，经16S rRNA序列比对确认为Exiguobacterium sp. 9–2。

Exiguobacterium sp. 9–2诱导矿化
在29株分离菌中，仅9–2菌株能在TC4表面形成可见矿化层。Fe³⁺的添加使矿化效率提升47%，且矿化产物呈现独特的短棒状晶体结构。

结论
该研究首次揭示Fe³⁺对微生物矿化的促进作用：通过形成"细菌-Fe³⁺-生物大分子"三元复合物，优化CaCO₃成核路径。这一发现不仅拓展了MICP机制理论，更为开发海洋环境友好型修复技术提供了新思路，对实现"双碳"目标下的CO₂固定也具有潜在应用价值。

研究获国家重点研发计划（2022YFB3808800）和宁波市重点研发计划（2024Z130）支持，作者Zhenlun Song等声明无利益冲突。