徐利婷, 馬 巖, 張一夢, 管 方, 翟曉凡, 董續(xù)成, 段繼周, 侯保榮

sp.在殺菌劑耐受條件下對X70管線鋼的腐蝕行為研究

徐利婷1, 2, 3, 4, 馬 巖1, 3, 4, 張一夢1, 2, 3, 4, 管 方1, 3, 4, 翟曉凡1, 3, 4, 董續(xù)成1, 2, 3, 4, 段繼周1, 3, 4, 侯保榮1, 3, 4

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所, 山東 青島 266071; 2. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266237; 4. 中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心, 山東 青島 266071)

本研究選用一株野生型sp.為試驗(yàn)菌株, 選用X70管線鋼作為代表性金屬材料, 通過細(xì)菌生長曲線測定、腐蝕失重測量、掃描電鏡(SEM)觀察等方法, 初步研究在殺菌劑四羥甲基硫酸磷(THPS)耐受條件下sp.對X70管線鋼腐蝕行為的影響。結(jié)果表明, 75 μL/L的THPS濃度在sp.的耐受范圍內(nèi), 而且能夠輕微促進(jìn)X70試片表面的腐蝕; 不添加THPS的含菌體系中sp.能抑制X70試片表面的腐蝕; 而在添加了75 μL/L THPS的含菌體系中,sp.顯著促進(jìn)X70試片的腐蝕, 并且試片表面附著的細(xì)菌數(shù)量相比于無殺菌劑的對照體系有所增加。因此, 該研究表明在特定濃度范圍內(nèi), 與沒有添加殺菌劑的含菌體系相比, 殺菌劑THPS使sp.從抑制腐蝕改變?yōu)榇龠M(jìn)腐蝕。

假單胞菌; THPS; 耐藥性; 腐蝕; 生物膜

假單胞菌廣泛存在于土壤、淡水和海洋環(huán)境中, 是海洋中最豐富、分布最廣的好氧菌之一。研究表明, 假單胞菌在南海海域的碳鋼腐蝕初期銹層微生物群落中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位[1-4]。假單胞菌作為銹層微生物群落中主要的微生物之一, 對金屬材料的微生物腐蝕具有直接或間接的貢獻(xiàn)。因此, 研究假單胞菌對金屬材料腐蝕的影響具有重要意義。目前, 關(guān)于假單胞菌對金屬材料的腐蝕研究國內(nèi)外已有報道[5-14], 但其對腐蝕的影響還存在一些爭議, 有的學(xué)者認(rèn)為假單胞菌能通過代謝活動而造成碳鋼[15]、不銹鋼[11, 16]和鋁合金[17]等各種金屬材料的嚴(yán)重腐蝕, 有的學(xué)者則認(rèn)為假單胞菌會對金屬材料起到緩蝕作用。

微生物常通過在金屬表面形成生物膜來加速金屬材料的腐蝕。在生物膜中, 假單胞菌可以通過電子傳遞、胞外多聚物、代謝產(chǎn)物等直接影響金屬的腐蝕行為[18-23]。同時作為好氧菌, 假單胞菌會消耗生物膜內(nèi)的氧氣, 為硫酸鹽還原菌等腐蝕性厭氧微生物的生長提供了良好的厭氧環(huán)境, 間接影響金屬的腐蝕行為。

投加殺菌劑是目前石油開采、油氣管道輸運(yùn)、電廠冷卻水等許多工業(yè)中用來防控微生物腐蝕的主要手段之一。常用的殺菌劑主要為氧化型殺菌劑和非氧化型殺菌劑。氧化型殺菌劑主要包括: 氯系殺菌劑、溴系殺菌劑、二氧化氯、過氧化氫等。非氧化性殺菌劑主要包括: 季銨鹽類殺菌劑、有機(jī)硫化物、醛類化合物、有機(jī)溴化合物、季磷鹽類殺菌劑等。四羥甲基硫酸磷(THPS)屬于季磷鹽類殺菌劑, 其分子式為[CH2(OH)4P]2SO4, 其結(jié)構(gòu)式如圖1所示, 由于其高效、環(huán)保、低腐蝕性的優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于微生物腐蝕防控領(lǐng)域, 尤其是在石油化工和天然氣行業(yè)[24]。

長期投加大量化學(xué)殺菌劑不僅會造成環(huán)境污染[25-27],還會增強(qiáng)微生物對殺菌劑的耐藥性, 降低防護(hù)效果。一般而言, 微生物的生物膜狀態(tài)比浮游

圖1 THPS結(jié)構(gòu)式

狀態(tài)具有更強(qiáng)的耐藥性, 生物膜中的微生物對各種抗菌劑的敏感性比浮游狀態(tài)中生長的同一細(xì)菌低10~1 000倍[28]。假單胞菌作為好氧菌, 往往定殖于金屬銹層生物膜外層中, 是最先響應(yīng)殺菌劑的微生物之一。如果投加殺菌劑時藥量不足, 或者金屬表面細(xì)菌生物膜耐藥性的增強(qiáng)而導(dǎo)致無法將細(xì)菌完全殺滅, 那么在這樣的殺菌劑耐受條件下, 假單胞菌是否會改變其腐蝕行為呢？目前關(guān)于這方面的研究幾乎完全空白。

為了初步驗(yàn)證這一猜測, 我們選擇本課題組從碳鋼腐蝕銹層中分離出來的一株野生型sp.作為此次研究實(shí)驗(yàn)菌株, 選擇常用的非氧化型殺菌劑四羥甲基硫酸磷(THPS)作為試驗(yàn)殺菌劑, 展開了實(shí)驗(yàn)室條件下殺菌劑THPS耐受條件下sp.對X70管線鋼腐蝕行為的影響研究。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)用鋼為X70管線鋼, 大小為10 mm×10 mm× 5 mm, 其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為: C 0.130%, Si 0.290%, Mn 1.650%, P 0.020%, S 0.010%, V 0.034%, Nb 0.010%, Ti 0.023%。實(shí)驗(yàn)前用400#、800#、1500#、2000#的水砂紙逐級打磨, 然后用二次水清洗, 無水乙醇超聲清洗, 冷風(fēng)吹干。無水乙醇超聲10 min脫水處理, 真空干燥, 稱重, 備用。

1.2 細(xì)菌的培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)用菌株為sp., 是本課題組從海水全浸碳鋼銹層中分離純化的菌種, 使用前–80℃保藏。實(shí)驗(yàn)前將sp.活化, 接種到無菌培養(yǎng)基中, 在搖床中180 r/min培養(yǎng)進(jìn)行過夜培養(yǎng), 培養(yǎng)溫度為37℃。培養(yǎng)基成分為: MHB培養(yǎng)基(青島高科園海博生物科技有限公司)10.5 g/L溶于二次水中, 在121℃下高溫蒸汽滅菌20 min。

1.3 細(xì)菌耐藥性定性實(shí)驗(yàn)

配置MHB固體培養(yǎng)基, 121℃, 20 min濕熱滅菌后置于超凈臺通風(fēng)冷卻10 min左右, 用0.22 μm口徑的無菌濾膜加入相應(yīng)濃度的THPS水溶液, 搖晃均勻后迅速倒平板備用。將sp.活化, 在37℃, 180 r/min培養(yǎng)搖床過夜培養(yǎng), 無菌環(huán)境中稀釋1000倍, 取20 μL到每個平板進(jìn)行涂布, 將平板放置在37℃恒溫培養(yǎng)箱過夜培養(yǎng)后進(jìn)行觀察。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計與試驗(yàn)體系

本研究共設(shè)置4組研究對照體系: M, 無殺菌劑無菌培養(yǎng)體系; MT, 含殺菌劑無菌培養(yǎng)體系; MP, 無殺菌劑接種細(xì)菌培養(yǎng)體系; MTP, 含殺菌劑接種細(xì)菌培養(yǎng)體系。各體系裝置為500 mL體積的廣口瓶, 溶液介質(zhì)為二次水溶解的MHB培養(yǎng)基400 mL, 瓶口用透氣的封口膜封閉, 保持空氣流暢同時阻隔細(xì)菌。在掛片前各體系都經(jīng)過濕熱滅菌處理。

將X70試片分別在上述腐蝕介質(zhì)中浸泡一定周期后, 進(jìn)行腐蝕失重測試、腐蝕形貌及腐蝕產(chǎn)物等的測試和表征, 獲得相關(guān)研究結(jié)果。其中含菌體系中, 細(xì)菌的接種量為1%的體積比, 初始接種濃度約在106個/mL。經(jīng)打磨后的X70試片, 每組3個平行樣, 紫外光照30 min滅菌處理后, 在超凈臺懸掛到溶液中, 在30℃恒溫培養(yǎng)箱進(jìn)行靜態(tài)掛片實(shí)驗(yàn), 實(shí)驗(yàn)周期為7 d。對照組在同樣的條件下開展有關(guān)實(shí)驗(yàn)。

1.5 浮游和附著細(xì)菌的計數(shù)

用Auvon細(xì)菌計數(shù)板在光學(xué)顯微鏡(OLYMPUS DP80)下對浮游和附著細(xì)菌進(jìn)行計數(shù)。在無殺菌劑接種細(xì)菌MP體系和含殺菌劑接種細(xì)菌MTP體系的7 d掛片腐蝕過程中, 分別在第24 h、72 h、120 h、168 h進(jìn)行浮游和附著細(xì)菌計數(shù)。

對于浮游細(xì)菌計數(shù), 取100mL培養(yǎng)基, 轉(zhuǎn)移到1 mL滅菌離心管中, 逐級稀釋到合適倍數(shù), 進(jìn)行顯微計數(shù)。對于試片表面的附著細(xì)菌生物膜計數(shù), 首先用滅菌刀片刮取表面的生物膜, 然后將試片和刀片同時放入PBS緩沖液中, 53 Hz超聲10 min, 制成菌懸液后, 稀釋到合適倍數(shù), 進(jìn)行觀察計數(shù), 每組三個平行樣品。

1.6 腐蝕速率測定

采用靜態(tài)腐蝕掛片失重法進(jìn)行腐蝕速率測定。掛片實(shí)驗(yàn)前, 將逐級打磨過的X70試片在無水乙醇中超聲除污, 再用二次水清洗, 干燥處理后稱重、測量并計算表面積。將X70試片置于上述4種實(shí)驗(yàn)體系中, 于30℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 d后, 按照《金屬和合金的腐蝕-腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》(GB/T16545-2015)中方法[29], 在酸洗液(500 mL濃鹽酸, 3.5 g六次甲基四胺, 加蒸餾水至1 000 mL)中浸泡, 清洗去除腐蝕產(chǎn)物, 然后用滅菌二次水沖洗, 無水乙醇脫水, 真空干燥, 稱重。實(shí)驗(yàn)設(shè)置三個平行組, 最終取平均值為最終結(jié)果。腐蝕速率按照如下公式進(jìn)行計算:

: 腐蝕速率(g·m–2·h–1);

0: 樣品的初始質(zhì)量(g);

1: 去除腐蝕產(chǎn)物后重量(g);

: 試樣的表面積(m2);

: 失重腐蝕試驗(yàn)時間(h)。

1.7 材料表面活/死細(xì)菌熒光觀察實(shí)驗(yàn)

熒光顯微鏡觀察的樣品處理方法: 掛片取出后用滅菌PBS緩沖液輕輕沖洗, 用活死細(xì)胞染色試劑盒(BioVision)染色(活菌為綠色, 死菌為紅色), 37℃暗處理15 min后在熒光顯微鏡下, 用藍(lán)色熒光觀察。

1.8 腐蝕產(chǎn)物形貌觀察及成分分析

用掃描電子顯微鏡(SEM)、熒光顯微鏡、3D-測量激光共聚焦顯微鏡、XRD和顯微紅外對各個體系中浸泡后的X70試片進(jìn)行形貌觀察和腐蝕產(chǎn)物測定。觀察和測量前的樣品處理方法為: 將各體系中浸泡的X70試片取出后經(jīng)氮?dú)獯蹈? 常溫真空干燥處理后進(jìn)行觀察和測試。其中用SEM對含菌體系(MP和MTP體系)中的X70試片觀察時, 樣品的前期處理方式有所不同: 首先用體積分?jǐn)?shù)為5%的戊二醛PBS緩沖液固定生物膜樣品2 h, 然后依次用體積分?jǐn)?shù)為25%、50%、75%、100%的乙醇溶液浸泡15 min, 最后對試片進(jìn)行超臨界點(diǎn) CO2干燥、噴金處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 THPS對Pseudomonas sp.浮游和吸附性的影響

首先用不同濃度梯度(0 μL/L, 75 μL/L, 150 μL/L, 300 μL/L)的THPS對sp.生長進(jìn)行耐藥性濃度定性篩選試驗(yàn)(圖2), 發(fā)現(xiàn)75 μL/L濃度的THPS對sp.的生長產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制作用, 但同時不會殺滅或強(qiáng)烈抑制細(xì)菌的生長, 進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)周期的大量延長, 因此下一步實(shí)驗(yàn)THPS的濃度統(tǒng)一選擇75 μL/L, 該濃度在sp.耐受范圍內(nèi)。

圖2 假單胞菌在含不同濃度THPS的平板上生長情況.

注: a: 0 μL/L; b: 75 μL/L; c: 150 μL/L; d: 300 μL/L

在MTP體系中, THPS在前12 h抑制了浮游細(xì)菌的生長, 培養(yǎng)基幾乎沒有變渾濁, 24 h時MTP體系的渾濁度已經(jīng)與MP體系相似,sp. 浮游細(xì)胞的密度與MP體系中已無明顯差距, 分別為: 2.29×108個/mL和1.71×108個/mL, 并且都已經(jīng)進(jìn)入了穩(wěn)定期(圖3a)。

THPS在30℃, pH 7時的半衰期大概為21.2 d[30], 所以在MTP體系中, 浮游細(xì)菌在12 h以后的快速增長不可能是由THPS的降解導(dǎo)致的。分析原因可能是細(xì)菌在殺菌劑THPS刺激下快速建立起防御機(jī)制來抵抗殺菌劑。

對于附著細(xì)菌, 結(jié)果則有明顯不同。雖然MTP體系與MP體系具有相似的變化趨勢, 在整個培養(yǎng)過程中兩個體系中X70試片表面吸附細(xì)菌數(shù)量都呈現(xiàn)增長趨勢, 但MTP體系附著細(xì)菌數(shù)量顯著高于MP體系(圖3b)。在第7 d時, 兩個體系中吸附細(xì)菌的密度分別為: 9.80×107個/cm2和4.32×108個/cm2。添加殺菌劑THPS后, X70表面細(xì)菌的吸附數(shù)量是沒有添加THPS的4~5倍, 說明殺菌劑THPS刺激了sp.生物膜在X70試片表面的附著增長。Yu Yang等也報道過亞致死濃度的納米銀能增強(qiáng)銅綠假單胞菌PAO1的生物膜形成能力[31]。

圖3 MP體系和MTP體系中浮游細(xì)菌密度和吸附細(xì)菌密度. a: MP體系和MTP體系中浮游細(xì)菌的密度; b: MP體系和MTP體系中X70試片表面吸附細(xì)菌的密度

通過活死菌染色熒光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn), 第7 d時MP體系中X70試片表面細(xì)菌大量死亡或?yàn)l臨死亡, 而MTP(有殺菌劑)體系中X70試片表面細(xì)菌數(shù)量明顯多于MP(無殺菌劑)體系, 細(xì)菌只有少量死亡且細(xì)菌呈現(xiàn)出更明顯的膜形狀(圖4a, 4b)?？赡茉蚴窃跉⒕鷦㏕HPS的長時間刺激下, 細(xì)菌代謝適應(yīng)導(dǎo)致其更強(qiáng)的耐受性[32], 同時,sp.在殺菌劑刺激下更傾向于吸附到X70表面且分泌出更多的胞外多聚物將細(xì)胞緊密交聯(lián)在一起, 在胞外多聚物的保護(hù)下, 細(xì)菌具有更強(qiáng)的抗性。而沒有添加殺菌劑THPS時, 細(xì)菌附著在X70表面形成的胞外多聚物相對較少, 成膜相對稀疏, 在培養(yǎng)體系中營養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡的情況下細(xì)菌代謝活性可能較低。

圖4 MP體系和MTP體系中X70試片浸泡7 d后表面吸附細(xì)菌熒光染色圖

注: a: M體系; b: MTP體系

2.2 腐蝕速率

無菌條件下(M和MT體系), 75 μL/L的THPS促進(jìn)了X70試片表面的腐蝕。M體系中X70試片表面的腐蝕速率為0.064 5 g·m–2·h–1; MT體系中X70試片表面的腐蝕速率為0.128 5 g·m–2·h–1(<0.05), 明顯高于M體系。因此, 75 μL/L的THPS能促進(jìn)X70試片表面的腐蝕?？赡茉蚴荰HPS溶液呈酸性, 在一定程度上增加了體系中質(zhì)子濃度, 導(dǎo)致腐蝕增加。

無殺菌劑THPS條件下(M和MP體系),sp抑制了X70試片表面的腐蝕。MP體系中X70試片表面的腐蝕速率為0.017 9 g·m–2·h–1(< 0.05), 明顯低于M體系中的, 說明在該培養(yǎng)條件下sp對X70試片產(chǎn)生明顯的抑制作用?？赡茉蚴莝p.的大量生長繁殖消耗了體系中的氧氣, 使得MP體系處于一個相對缺氧的狀態(tài), 阻礙了電子到氧氣的傳輸過程, 從而抑制了試片表面的腐蝕。

圖5 X70管線鋼在不同體系中浸泡7天后的腐蝕失重速率

MTP體系中, 試樣的腐蝕速率是最高的, 其腐蝕速率達(dá)到了0.236 1 g·m–2·h–1(≤0.05), 是MT的1.84倍, M的3.66倍。其原因可能有以下幾種: (1)sp在殺菌劑THPS的刺激下改變了其代謝途徑或產(chǎn)生了新的具有腐蝕性的代謝產(chǎn)物; (2) 吸附在X70試片表面的sp分泌的胞外多聚物(EPS)具有腐蝕性; 在殺菌劑的刺激下, 由于細(xì)菌的趨利避害性sp更傾向于吸附到X70試片表面, 即其成膜性增強(qiáng)(圖3b, 圖4b), 因此腐蝕性增強(qiáng)。(3)sp可與X70試片進(jìn)行直接電子傳遞, 殺菌劑的刺激增強(qiáng)了sp直接獲取電子來維持生命的能力, 同時由于吸附數(shù)量增多導(dǎo)致腐蝕加速。顧等也曾提出SRB的腐蝕與H2S關(guān)系不大而與附著細(xì)菌數(shù)量呈正相關(guān), SRB主要通過電子傳遞造成金屬腐蝕[33]。

2.3 腐蝕形貌表征

通過掃描電鏡和3D-測量激光共聚焦顯微鏡來觀察各體系中X70試片表面的腐蝕形貌。通過掃描電鏡可以觀察到在M體系中, X70試片表面的腐蝕產(chǎn)物呈比較平整的片狀(圖6a, 圖7a), 大量裂痕將腐蝕產(chǎn)物分裂成小片狀, 該腐蝕形貌與Ashassi-SorkhabiH等發(fā)現(xiàn)的一株鐵氧化菌對金屬的腐蝕形貌類似[34]。而事實(shí)上該假單胞菌也能在鐵氧化菌篩選培養(yǎng)基中生長, 因此也具備鐵氧化能力。從宏觀來看, 該腐蝕產(chǎn)物偏黃色, 輕薄的一層附著在X70表面, 疏松易脫落。

圖6 X70試片在不同體系中浸泡7天掃描電鏡圖

注: a: M體系; b: MT體系; c: MP體系; d: MTP體系

圖7 X70試片在不同體系中浸泡7天后3D-測量激光共聚焦顯微鏡觀察形貌圖

注: a: M體系中X70試片表面的腐蝕產(chǎn)物; b: MT體系中X70試片表面的腐蝕產(chǎn)物; c: MP體系中X70試片表面的腐蝕產(chǎn)物; d: MTP體系中X70試片表面的腐蝕產(chǎn)物

MT體系中的X70試片表面腐蝕產(chǎn)物比M體系中更厚且更加粗糙(圖7b), 顯微鏡下局部呈現(xiàn)半球形(圖6b), 但也疏松易脫落。MP體系中X70試片表面覆蓋一層薄的生物膜和疏松的腐蝕產(chǎn)物(圖6c, 圖7c), 宏觀上可直觀的看到基體幾乎沒有被腐蝕, 說明sp抑制了金屬的腐蝕, 這和腐蝕失重速率結(jié)果一致。在MTP體系中X70試片表面覆蓋一層生物膜和較疏松的腐蝕產(chǎn)物, 同時也有大量規(guī)則晶體狀致密結(jié)實(shí)的腐蝕產(chǎn)物(圖6d), 從宏觀上看腐蝕產(chǎn)物比MP體系厚實(shí)致密且不易脫落(圖7d), 同時在腐蝕產(chǎn)物或基體上可看到有多處裂痕(圖6d)。

2.4 腐蝕產(chǎn)物分析

不同體系中X70試片表面腐蝕產(chǎn)物有明顯差異(圖8)。MP體系中因?yàn)閄70試片表面腐蝕程度很輕, 所以XRD只能檢測到基體Fe的峰; MTP體系中X70試片表面的腐蝕產(chǎn)物種類最豐富, 主要有Fe2O3、Fe3(PO4)2·8H2O和α-FeOOH; M體系和MP體系中X70試片表面能檢測到的XRD峰非常微弱(圖8), 可能原因是腐蝕產(chǎn)物質(zhì)量較小且易脫落。M體系中X70試片表面可能有Fe2O3的存在, 在MT體系中X70試片表面可能有FeCO3的存在。

圖8 不同體系中X70試片浸泡7天后腐蝕產(chǎn)物XRD圖

圖9 在不同體系中浸泡7天后X70試片表面的紅外圖譜

含菌和無菌體系中, X70試片表面的有機(jī)腐蝕產(chǎn)物類型差異較大。無菌的M體系和MT體系中X70試片表面的腐蝕產(chǎn)物具有相似的紅外圖譜, 其細(xì)微的差異由THPS的添加引起。無菌的兩個體系中X70試片表面的腐蝕產(chǎn)物紅外圖譜的最強(qiáng)峰都是在1 000 cm–1附近, 在1 635 cm–1和1 419 cm–1附近有較強(qiáng)吸收峰, 根據(jù)圖譜份分析, 兩個體系中的腐蝕產(chǎn)物可能會有酰胺類物質(zhì)的存在, 也可能是體系中的一些蛋白質(zhì)等成分與金屬螯合形成的一些腐蝕產(chǎn)物成分。MT體系中吸收峰強(qiáng)度大于M體系, 說明其有機(jī)腐蝕產(chǎn)物含量大于M體系。

含菌的MP和MTP體系中X70試片表面的腐蝕產(chǎn)物具有相似的紅外圖譜, 其最強(qiáng)峰在3 400 cm–1附近和1 617 cm–1附近分別對應(yīng)于O-H的伸縮運(yùn)動和C=C伸縮運(yùn)動。3 500~3 100cm–1之間的峰、1 422 cm–1附近的峰、1 000 cm–1附近的吸收峰、1 120~1 130 cm–1之間的吸收峰以及1 400~1 450 cm–1處的吸收峰分別對應(yīng)于N-H伸縮振動、C-C伸縮運(yùn)動、C-O伸縮振動、O-C-O的特征吸收峰和羧酸官能團(tuán)[35]。而這些官能團(tuán)結(jié)構(gòu)是多糖、脂蛋白、細(xì)胞表面蛋白等細(xì)胞外多聚物的組成結(jié)構(gòu), 證實(shí)了試片表面胞外聚合物的存在, 其可能參與了腐蝕過程。MTP體系中X70表面腐蝕產(chǎn)物紅外吸收峰大于MP體系, 說明其胞外多聚物多于MP體系中, 這與熒光顯微鏡觀察結(jié)果和腐蝕失重結(jié)果相一致。這兩個體系中紅外圖譜的細(xì)微差異可能是由于在殺菌劑THPS的刺激下殺菌劑代謝產(chǎn)物有所差異導(dǎo)致的。而含菌體系與無菌體系中有機(jī)腐蝕產(chǎn)物的巨大差異說明了細(xì)菌及其分泌的胞外聚合物對有機(jī)腐蝕產(chǎn)物有顯著影響。

3 結(jié)論

在添加了75μL/L殺菌劑THPS的含菌體系中,sp.改變了其對X70試片表面的腐蝕行為(與沒有添加殺菌劑THPS的含菌體系相比), 從抑制腐蝕轉(zhuǎn)變成了促進(jìn)腐蝕。原因可能是sp.改變了代謝途徑, 產(chǎn)生了具有腐蝕性的代謝產(chǎn)物; 或者其電子傳遞方式發(fā)生了改變導(dǎo)致其腐蝕行為的逆轉(zhuǎn), 但具體機(jī)理需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本次研究說明在添加殺菌劑的實(shí)際環(huán)境中, 微生物的腐蝕行為和機(jī)理可能與傳統(tǒng)意義的腐蝕行為和機(jī)理不同, 這是本次研究最大的創(chuàng)新性。

同時, 研究結(jié)果說明結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)一步深入研究在殺菌劑存在條件下細(xì)菌的腐蝕行為和腐蝕機(jī)理是十分必要的。另外, 在微生物腐蝕防護(hù)研究過程中充分考慮實(shí)際環(huán)境, 結(jié)合環(huán)境中不同理化因素如殺菌劑種類、油水混合物種類、水的流速等條件進(jìn)行研究, 也許會為腐蝕防護(hù)研究提供新的視角, 同時也更具有實(shí)際意義。

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Effect ofsp. on the corrosive behavior of metal materials under biocide resistance

XU Li-ting1, 2, 3, 4, MA Yan1, 3, 4, ZHANG Yi-meng1, 2, 3, 4, GUAN Fang1, 3, 4, ZHAI Xiao-fan1, 3, 4, DONG Xu-cheng1, 2, 3, 4, DUAN Ji-zhou1, 3, 4, HOU Bao-rong1, 3, 4

(1. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Pilot National Laboratory for Marine Science and Tech-nology (Qingdao), Qingdao 266237, China; 4. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

In this study, we selected a wild-typesp. as the test strain and X70 pipeline steel as the representative metal material. The purpose of this study is to examine the effect ofspon the corrosive behavior of X70 steel under the addition of tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium sulfate (THPS). We also assessed bacterial growth curve and measured the corrosion weight loss. Additionally, we performed morphological analyses by using scanning electron microscopy. The results showed that the corrosion rate of X70 test coupons was slightly promoted when the concentration of THPS was 75 μL/L, which was within the tolerance concentration scope ofsp. Similarly,sp. in an environment without THPS inhibited the corrosive surface of X70 test coupons. However,sp. significantly promoted the corrosion of X70 coupons in the bacterial THPS system. Meanwhile, as compared with the control group without THPS, there was an increase in the number of bacteria attached on the surface of the X70 coupons. In conclusion, this study revealed that the biocide THPS could changesp. from inhibiting corrosion to promoting corrosion in a specific concentration range, as compared with the bacteria-containing system without biocide.

sp.; THPS; biocide resistance; corrosion; biofilm

Mar.13, 2020

Special Project of Strategic Leadership of Chinese Academy of Sciences, No. XDA13040403; National Natural Science Youth Fund, No. 41806090, No. 41806163; Key Research and Development Plan of Shandong Province, No. 2018GHY115029]

TG171

A

1000-3096(2020)12-0014-09

10.11759/hykx20200313001

2020-03-13;

2020-05-24

中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)(XDA13040403), 國家自然科學(xué)青年基金(41806090, 41806163), 山東省重點(diǎn)研發(fā)計劃(2018GHY115029)

徐利婷(1994-), 女, 碩士研究生, 主要從事微生物腐蝕研究工作, E-mail: 1561249176@qq.com; 段繼周(1972-), 通信作者, 男, 研究員, 主要從事微生物腐蝕與生物污損工作, E-mail: duanjz@qdio.ac.cn

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)