微生物腐蚀及腐蚀机理研究进展

在不同的环境中,不同种类的微生物能在材料上附着繁殖,其生命活动会引起或加剧材料的腐蚀。根据种类及功能的不同,腐蚀微生物可以分为硫酸盐还原菌、硫氧化菌、产酸菌、铁氧化细菌、铁还原细菌、硝酸盐还原菌以及产粘液细菌等。微生物腐蚀几乎能使所有现用的材料受到严重影响,破坏材料的结构与性能,在建筑、运输管道、工业环境(石油化工等)以及海洋环境中造成巨大的安全隐患和财产损失。本文概述了目前发现的腐蚀相关微生物的类群和特性,以及相对应的微生物腐蚀机理,为防护和控制材料的微生物腐蚀提供理论指导。     

航空器材及燃料系统的微生物腐蚀

论述了微生物对航空器材及燃油系统的腐蚀现象,列举了引起腐蚀的微生物主要种类及其腐蚀机制,最后提出了防范微生物腐蚀的措施。     

高温油藏生物膜内硫酸盐还原菌的腐蚀机理及防治策略

硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)广泛分布于高温、高压及高盐的石油油藏中,在油藏硫循环中起主导作用。SRB能在油藏生物膜内生长,有微量低分子有机酸时利用硫酸盐为电子受体并将其还原成硫化氢。硫化氢会腐蚀管道,导致原油泄露等其他安全问题,每年造成的经济损失超过7 000亿元。本文首先总结了油藏生物膜内微生物菌群多样性,分析了生物膜内SRB及其相关菌群的协同腐蚀机理;然后讨论了高温油藏SRB介导的硫氮氢生物地球化学循环过程、胞外电子传递机制及其腐蚀作用,并通过几个高温油藏SRB生物膜内腐蚀的现场案例进一步阐明了SRB的腐蚀机制。在此基础上,提出了应对高温油藏生物膜内SRB腐蚀的生物纳米防治策略,这为高温油藏管道防腐提供了新思路。     

水体及沉积物中微生物的分离、检测与鉴定

微生物在海洋环境中起着非常重要作用,对其的研究技术也在不断地发展。作综述了海洋水体及沉积物环境中微生物的分离、检测与鉴定等方面的技术方法,并评价它们在微生物工作中的有效性及效率,指出各方法的优点和不足。     

海洋微生物群体感应与群体感应淬灭的开发利用

群体感应与感应淬灭在微生物中普遍存在,群体感应通过调控基因表达赋予细菌有益或有害的特性,这些特性与人类健康、农业及水产养殖等领域密切相关。群体感应现象首先发现于海洋环境,近几年海洋采样等相关技术的发展,极大促进了海洋微生物的群体感应与淬灭研究的快速发展。本文对细菌及典型真菌的群体感应作用机制、信号分子的多样性以及其与细菌致病性的相关性进行了阐述,对群体感应淬灭的机制与意义、淬灭因子多样性以及相关酶资源的发掘也进行了分析和展望。     

海洋鱼类肠道微生物研究进展及应用前景

肠道微生物在动物体内数量庞大、结构复杂,在宿主生长发育过程中发挥着重要作用。淡水鱼类肠道微生物的研究主要集中于其对鱼类生长代谢、营养吸收及免疫调节等方面的影响,海洋鱼类则研究相对较少,且多集中于肠道微生物多样性及其变动影响因素分析。本文在归纳总结鱼类肠道微生物功能及其研究方法的基础上,着重分析肠道微生物在海洋鱼类生长发育调控、食性、环境适应性及污染物指示等研究中的应用现状和发展前景,以期为今后利用海洋鱼类肠道微生物开展多学科交叉研究提供启发和参考。     

水体及沉积物中微生物的分离、检测与鉴定*

微生物在海洋环境中起着非常重要作用,对其的研究技术也在不断地发展。作者综述了海洋水体及沉积物环境中微生物的分离、检测与鉴定等方面的技术方法,并评价它们在微生物工作中的有效性及效率,指出各方法的优点和不足。     

海洋养殖环境微生物多样性及其作用

微生物是海洋养殖环境和海洋牧场生态系统中的关键环境因素之一，在牧场环境的物质循环、水质保障、饵料供应、水产健康等方面起重要作用，是营造海洋牧场环境且影响其可持续发展的重要因素。主要围绕海洋养殖环境中的病原微生物以及有益微生物两方面，概述了我国海洋养殖环境常见的病原性细菌、真菌、病毒以及相应的病害防治措施等，并介绍了海洋养殖环境中能够改善海水养殖环境，包括降低水体氨氮含量、降解水体硫化物、抑制赤潮藻类的生长等以及直接促进海水养殖生物生长的有益功能微生物类群。目前，我国关于海洋牧场环境营造过程中微生物的研究仍很少，而与海洋牧场环境有一定相似性的海水养殖环境中微生物的研究较为成熟，其对海洋牧场环境健康营造有很好的启示。海洋水产养殖环境中微生物的新功能菌种的发现、作用机制以及功能菌应用等方面的深入研究将会对我国大力推进海洋牧场建设起到重要的作用。     

海洋石油污染物的微生物降解与生物修复

石油是海洋环境的主要污染物 ,已经对海洋及近岸环境造成了严重的危害。微生物降解是海洋石油污染去除的主要途径。海洋石油污染物的微生物降解受石油组分与理化性质、环境条件以及微生物群落组成等多方面因素的制约 ,N和P营养的缺乏是海洋石油污染物生物降解的主要限制因子。在生物降解研究基础上发展起来的生物修复技术在海洋石油污染治理中发展潜力巨大 ,并且取得了一系列成果。介绍了海洋中石油污染物的来源、转化过程、降解机理、影响生物降解因素及生物修复技术等方面内容 ,强调了生物修复技术在治理海洋石油污染环境中的优势和重要性 ,指出目前生物修复技术存在的问题。     

海绵共附生微生物的研究新进展

海绵是最原始的一类后生动物,已被作为海洋活性化合物的重要来源之一,其独特的孔状结构使其成为许多海洋微生物的优良宿主。近年来国内对海绵及其共附生微生物的研究主要集中在它们产生的活性物质方面,但对海绵共附生微生物的分布、多样性及其对宿主海绵作用的研究鲜有报道,就国内外研究进展进行了综述。     

Critical review: Microbially influenced corrosion of buried carbon steel pipes

External corrosion of buried carbon steel pipes is a problem of global proportions, affecting a wide range of industries and services. Many factors affect corrosion rates. Biofilms may secrete enzymes and compounds that attack metal, alter local acidity and create differential aeration and galvanic cells. An important consideration is that biofilm metabolisms and enzymatic reactions are constantly in flux, altering the impact of microorganisms on corrosion rates, and thermodynamic equilibrium is not reached. Recent research demonstrates that some anaerobic microorganisms catalyse the oxidation of metallic iron and directly consume the electrons, with serious consequences for corrosion. This review examines relationships between soil characteristics, microbiology and corrosion processes, focussing on the impacts of microorganisms on external corrosion of buried carbon steel pipes. Techniques for improving the understanding of microbially influenced corrosion are considered and critiqued, with the aim of assisting those who work in the area of corrosion mitigation.     

Microorganisms: Induction and inhibition of corrosion in metals

Corrosion occurs due to chemical or electrochemical reactions between the environment and metal. It can cause dangerous and expensive damage to a wide range of industries. However, it is difficult to evaluate the economic impact of corrosion, particularly when microorganisms are involved in the corrosion mechanism. Microbes change the electrochemical reaction at the biofilm/metal interface and either inhibit or accelerate the process of metal corrosion. The high cost, toxicity, and sometimes ineffectiveness of present physical and chemical strategies to control corrosion have called for the use of microorganisms in inhibitory mechanisms, and this has generated great interest. Although the microbial inhibitory mechanism is environmentally friendly, the predictability of the results is not yet affirmed, as sometimes the same bacteria with an inhibitory property may also become aggressive. This review discusses different mechanisms by which microbes induce or inhibit corrosion in metals. Further, as the corrosive or inhibiting behaviors of microorganisms vary considerably depending on environmental factors, the roles of these factors are also emphasized.     

Understanding microbial inhibition of corrosion. A comprehensive overview

Microorganisms are able to drastically change the electrochemical conditions at the metal/solution interface by biofilm formation. These changes can range from the induction or acceleration of corrosion to corrosion inhibition. Any inhibitory action developed by bacteria may be accomplished within the varied and complex biofilm/corrosion products interactions occurring on a biofouled metal surface.Biocorrosion and its counter process, microbial inhibition of corrosion, are rarely linked to a single mechanism or to a single species of microorganisms. Microorganisms can induce corrosion inhibition according to two general mechanisms or their combination: i) neutralizing the action of corrosive substances present in the environment; ii) forming protective films or stabilizing pre-existing protective films on a metal. Different practical cases illustrating these mechanisms are presented in this overview.It must be stressed that some times the inhibitory action of bacteria can be reversed to a corrosive action in bacterial consortia located within biofilm thickness.     

微生物抑制金属腐蚀机理的研究进展

传统金属防腐方法成本较高或者容易产生次生环境问题。微生物防腐蚀是一项新的绿色防腐技术,随着越来越多抗腐蚀微生物的发现,以及有益菌膜研究的开展,研究者们发现了微生物抑制金属腐蚀的众多机理,本文对此进行了归纳总结。微生物可以通过生物驱除、分泌腐蚀抑制剂、生成胞外多聚物、降低溶解氧、形成生物膜屏障、分泌生物表面活性剂、噬菌体控制、非生物膜屏障等过程控制和减缓金属腐蚀。金属的微生物腐蚀抑制作用通常不是由单一机制引起的,而是多种机制共同作用的结果。深入理解微生物抑制金属腐蚀的机理,有利于为减缓金属腐蚀行为提供借鉴。     

Corrosion of metals in natural waters influenced by manganese oxidizing microorganisms

Case histories and proposed mechanisms formicrobiologically influenced corrosion of metals andalloys by metal depositing microorganisms arereviewed. Mechanisms with indirect participation ofthese microorganisms, usually iron- and manganeseoxidizing species, are distinguished from anothermechanism which accounts specifically for theelectrochemical properties of deposits containingoxides and hydroxides of Mn in higher oxidationstates. The possible influence of such deposits whichwere formed microbiologically is evaluated. Theevaluation is based on the principles ofelectrochemical corrosion of metals and on theelectrochemical properties of Mn^3+/4+- compounds.After briefly reviewing the microbiologicalMn-oxidation, experimental evidence for the predictedcorrosion by such deposits is provided and a model formicrobiologically influenced corrosion by manganeseoxidizing microorganisms is proposed for stainlesssteel. Possible consequences of the model andpractical aspects of such a corrosion are discussed.     

油田硫酸盐还原菌酸化腐蚀机制及防治研究进展

硫酸盐还原菌(Sulfate reducing bacteria,SRB)是一些厌氧产硫化氢的细菌的统称,是以有机物为养料的厌氧菌。它们广泛分布于pH值6-9的土壤、海水、河水、淤泥、地下管道、油气井、港湾及锈层中,它们生存于好气性硫细菌产生的沉积物下,其最适宜的生长温度是20-30℃,可以在高达50-60℃的温度下生存,与腐蚀相关的最主要的是脱硫脱硫弧菌(Desulfovibrio desulfuricans)。 它们是许多腐蚀问题的主因,例如油田系统金属管路的腐蚀等。在海上油田生产中,海水常被注入油井用于进行2次采油。富含硫酸盐的海水能加速油藏中SRB的生长,随之H₂S大量产生,引起油田水的酸化,H₂S具有毒性和腐蚀性,增加石油和天然气中的硫含量,并可能引起油田堵塞。SRB引起的腐蚀问题是拭待解决的最主要问题。国内外治理该问题的途径主要有物理杀灭、添加化学杀菌剂等方法,但是这些方法成本高,持续效果不显著。近几年来国外学者开始重点关注利用生物竞争排斥技术(Bio-competitive inhibition technology,BCX)控制硫酸盐还原菌的生长代谢的方法,该方法的原理为通过加入特定的药剂,激活油藏中的本源微生物或加入外源微生物,使其与SRB竞争营养源或产生代谢物抑制SRB的生长代谢,进而抑制H₂S的产生。GMT-LATA的科学家对在厌氧油气储层和开采系统中硝酸盐还原菌的作用进行了最早的研究,认为该细菌可以抑制硫酸盐还原菌的代谢活动。随后BCX技术已经在国外部分油田得到了应用,国内还没有在海油生产中应用的报道,但是也有学者对该方法进行了研究。     

Microbiologically influenced corrosion: looking to the future.

This review discusses the state-of-the-art of research into biocorrosion and the biofouling of metals and alloys of industrial usage. The key concepts needed to understand the main effects of microorganisms on metal decay, and current trends in monitoring and control strategies to mitigate the deleterious effects of biocorrosion and biofouling are also described. Several relevant cases of biocorrosion studied by our research group are provided as examples: (i) biocorrosion of aluminum and its alloys by fungal contaminants of jet fuels; (ii) sulfate-reducing bacteria (SRB)-induced corrosion of steel; (iii) biocorrosion and biofouling interactions in the marine environment; (iv) monitoring strategies for assessing biocorrosion in industrial water systems; (v) microbial inhibition of corrosion; (vi) use and limitations of electrochemical techniques for evaluating biocorrosion effects. Future prospects in the field are described with respect to the potential of innovative techniques in microscopy (environmental scanning electron microscopy, confocal scanning laser microscopy, atomic force microscopy), new spectroscopic techniques for the study of corrosion products and biofilms (energy dispersion X-ray analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, electron microprobe analysis) and electrochemistry (electrochemical impedance spectroscopy, electrochemical noise analysis).     

微生物降解农药的研究新进展*

农药中,尤其化学农药中高毒、高残留、难降解的农药是重要的环境污染物,而微生物治理农药污染是一项有效手段,几十年来,在这方面已进行了大量研究。从农药降解菌的种类、工程菌的构建、微生物降解农药的机理、降解特性、影响因素及应用效果等几方面综述了近年这些方面的研究进展,并提出农药微生物降解研究领域的发展趋势和有待进一步解决的问题。     

内生菌协同宿主植物修复土壤复合污染的研究进展

土壤复合污染日益严重,危及植物生长及人类发展,寻找修复土壤复合污染的有效方法已经成为环境领域的优先事项。复合污染指同一环境中存在两种或两种以上的污染物,分为复合重金属污染、复合有机污染物污染及重金属-有机污染物复合污染。近些年发现内生菌能定殖在植物中,并且被感染的植物不会引起任何外在病症,其主要通过促进宿主植物生长,改变植物摄取污染物能力和酶促降解污染物等方法增强植物修复能力。本文综述了具有复合重金属和复合有机污染抗性的内生菌种类及其作用机制,并展望了内生菌协同宿主植物修复环境中复合污染物的研究方向。