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中国腐蚀与防护学报, 2021, 41(6): 757-764 DOI: 10.11902/1005.4537.2020.152

综合评述

培养基对微生物腐蚀的影响

吕美英, 李振欣, 杜敏,, 万紫轩

中国海洋大学化学化工学院 海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室 青岛 266100

Effect of Culture Medium on Microbiologically Influenced Corrosion

LV Meiying, LI Zhenxin, DU Min,, WAN Zixuan

Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology, Ministry of Education, College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China

通讯作者: 杜敏，E-mail：ssdm99@ouc.edu.cn，研究方向为海洋腐蚀与防护技术

收稿日期: 2020-08-18   修回日期: 2020-08-20   网络出版日期: 2021-09-24

基金资助: 国家自然科学基金.  51871204

Corresponding authors: DU Min, E-mail:ssdm99@ouc.edu.cn

Received: 2020-08-18   Revised: 2020-08-20   Online: 2021-09-24

作者简介 About authors

吕美英，女，1993年生，博士生

摘要

针对培养基对微生物及其腐蚀行为的影响进行了详细论述。首先，对不同的培养基类型进行了分类，并归纳了主要营养元素的常见来源及其生理功能。同时，对常见腐蚀菌的培养基种类进行了简单概述。然后，着重探讨了培养基中不同营养组分 (如碳源、氮源以及无机盐组分PO43-、SO42-、Cl-、Na+、K+、Ca2+和Fe2+) 对细菌生长特性以及腐蚀过程的影响。最后，展望了优化培养基组成对探究微生物腐蚀机理的重要性。

关键词： 微生物腐蚀 ; 培养基 ; 碳源 ; 氮源 ; 无机盐 ; 生长特性

Abstract

The influence of culture medium on the growth characteristics of microorganisms and their behavior in the relevant corrosion process of materials at home and abroad was introduced in detail. First, the different types of culture media were classified. The common sources and physiological functions of the main nutrient elements were summarized. The culture media for common corrosive bacteria were also briefly described. Then, the effect of different nutrient components (such as carbon source, nitrogen source and inorganic salt components, e.g., PO43-, SO42-, Cl-, Na+, K+, Ca2+ and Fe2+) on the growth characteristics and corrosion process of bacteria was emphatically discussed. It is finally prospected that the importance of compositional optimization of culture media for the clarification of the relevant mechanism of bacteria influenced corrosion.

Keywords： microbiologically influenced corrosion ; culture medium ; carbon source ; nitrogen source ; inorganic salt ; growth characteristic

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本文引用格式

吕美英, 李振欣, 杜敏, 万紫轩. 培养基对微生物腐蚀的影响. 中国腐蚀与防护学报[J], 2021, 41(6): 757-764 DOI:10.11902/1005.4537.2020.152

LV Meiying, LI Zhenxin, DU Min, WAN Zixuan. Effect of Culture Medium on Microbiologically Influenced Corrosion. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2021, 41(6): 757-764 DOI:10.11902/1005.4537.2020.152

细菌等微生物以其高度的多样性和适应性在自然环境、工业环境以及极端环境中广泛存在。微生物会引起诸多材料如碳钢、低合金钢、高强钢、不锈钢、镁合金、铝合金等的孔蚀、缝隙腐蚀、选择性去合金腐蚀等多种不利现象的发生。据统计，金属腐蚀中20%以上的损失是由微生物引起的，对人们生产、生活的危害不可轻视[1]。由此，国内外专家学者开始着重关注微生物对金属的腐蚀问题。其中，研究最多的腐蚀性细菌，主要包括硫酸盐还原菌 (SRB)、硫氧化菌 (SOB)、铁氧化菌 (IOB)、铁还原菌 (IRB)、硝酸盐还原菌 (NRB) 等。很多学者研究了这些微生物自身活性及其代谢产物对金属腐蚀行为的影响[2-4]。此外，也有学者以生物能量学和生物电子传递作为切入点，进一步阐释了微生物腐蚀机制[5]。然而，由于细菌繁殖、生物膜动态演变以及膜层 (生物膜以及产物膜) 相界面电荷迁移引起的相关变化等众多复杂过程，导致微生物腐蚀机制并未被成功的明晰化。

细菌在材料表面的吸附和生长经历了复杂的生物、物理以及化学过程，这些过程受到很多因素的影响，包括基底材料性质 (亲疏水性、粗糙度以及组成成分等)、环境状况 (温度、溶解氧、pH值、光照、水力条件等)、营养物质 (碳源、氮源、无机营养成分等) 以及细菌自身特性 (如纤毛、鞭毛、胞外聚合物EPS以及荷电性等) 等。其中，营养物质对细菌繁殖和生物膜的附着更替起着重要作用。由于各类腐蚀菌对生长环境有着不同的营养要求，研究人员在实验室配置了各类培养基以满足细菌生长的需要。但是培养基中营养物质的组成对细菌生长有很大的影响。同一微生物在不同组成的培养基中生长活性差异很大，甚至有的无法生长。此外，培养基中营养物质的浓度对微生物的细胞生物量也有很大的影响。营养浓度过低会导致细菌的减少或阻碍细胞物质的合成，浓度过高时则可能抑制菌体的生长。因此，培养基成分的差异将会改变细菌的生命活动、菌体密度以及代谢产物的生成，进而影响微生物腐蚀的发展规律。探究培养基中不同营养物质的生理功能，对微生物腐蚀机理的澄清有重要意义。本文阐述了常见的培养基类型，并论述了不同培养基成分对微生物活动及其腐蚀过程的影响，以期对相关研究者提供较为全面的参考。

1 培养基类型

培养基是一种由人工配置、为细菌的生长繁殖或新陈代谢提供养分的混合物质 (主要包括碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子和水等成分)。根据所使用成分的不同可以分为天然培养基 (从动、植物等生物体中提取)、组合培养基 (按照营养要求所需，用已知成分的化学试剂配制而成) 以及半组合培养基 (由化学试剂配制，同时添加部分天然培养基)。按照培养基外观的物理状态可以划分为液体培养基 (呈液体状态的培养基)、固体培养基 (加入凝固剂，使液体培养基凝固)、半固体培养基 (在液体培养基中加入少量的凝固剂，使其成为半固体状态) 以及脱水培养基 (其组成成分为粉末状固体或颗粒)。在微生物培养过程中，根据细胞的化学组成 (C、H、O、N和其它矿质元素)，需要在培养基中添加包含细胞化学元素的各种营养物质来满足其生长需要。表1中列举了微生物细胞生长所需的主要营养元素，常见的来源与生理功能。

表1   主要营养元素的来源与功能

Table 1  Source and function of main nutrients

Nutrient elementCommon sourcePhysiological function
CGlucose, sucrose, starch, beef extract, etc.It constitutes the cellular material of microorganisms, the skeleton of organic macromolecules, and provides energy for life activities
NYeast extract, beef extract, peptone, urea, ammonium salt, etc.It is the main element that constitutes proteins, nucleic acids, etc. In addition, ammonium and nitrate can also be used as energy sources for some bacteria
PKH2PO4, K2HPO4It is the key component of nucleic acid, nuclear protein and many coenzymes; Moreover, phosphate is an important buffer in cells
S(NH4)2SO4, MgSO4It is the component of sulfur-containing amino acids (cystine, cysteine, methionine, etc.) and sulfur-containing vitamins (biotin, thiamine, etc.); Sulfur and sulfides are also sources of energy for some autotrophic microorganisms
KKH2PO4, K2HPO4It is the cofactor of some enzymes (fructokinase, phosphopyruvate transphosphatase, etc.); It is also involved in the composition of the intracellular material transport system, and regulates membrane permeability, potential difference, and osmotic pressure
NaNaCl, NaNO3It can maintain osmotic pressure; It is essential for some bacteria and cyanobacteria
CaCa(NO3)2, CaCl2It is the stabilizer of some extracellular enzymes and the cofactor of proteases; It can also regulate the colloidal state in cells and reduce the permeability of the cell membrane
MgMgSO4It is the cofactor of nitrogenase and the component of chlorophyll; It can also stabilize ribosomes and cytoplasmic membranes
FeFeSO4It can constitute cytochrome, chlorophyll and some enzymes involved in the electron transfer process

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微生物种类不同，其细胞内化学元素的比例也不同。例如，硫细菌、铁细菌和海洋细菌相较于其他微生物含有更多的S、Fe、Na等化学元素。即便是同一物种，当菌龄及培养条件改变时，细胞内的元素组成也会发生变化。因此，基于各类微生物对营养元素的不同需求，培养基的种类也多种多样。在微生物腐蚀研究中，人们通过添加不同类型的培养基以实现腐蚀性细菌的富集培养，如常用于培养SRB的Postgate's B (PB) 培养基[6]、Postgate's C (PC) 培养基[7]、Modified Baar's (MB) 培养基[8]；用于培养IOB的Winogradsky培养基[9]、9k培养基[10]、Bushnell Hass培养基[11]；用于培养NRB的Nutrient broth (NB) 培养基[12]、添加KNO3的Luria-Bertani (LB-NO3) 培养基[13]。从表2~4可以看出[6-13]，不同组成的培养基可以被同种菌种所利用。事实上，同一类型的培养基也可用于多种微生物的富集培养。例如，用于NRB生长繁殖的NB和LB培养基，也可以分别用于IOB[14]和大肠杆菌 (Escherichia coli)[15]的富集培养。但有研究表明，溶液中的营养水平及含盐量等因素会对细菌的生长繁殖、活动特性以及代谢产物的形成和积累产生影响[16,17]。同时，水体中的营养组分也会通过改变水质，进而对金属材料的腐蚀过程产生影响[18]。

表2   SRB培养基组成

Table 2  Culture medium composition for SRB (g·L-1)

Culture mediumKH2PO4K2HPO4NH4ClCaCl2·2H2OCaCl2·6H2OCaSO4Na2SO4FeSO4·7H2OMgSO4·7H2OSodium lactateYeast extractSodium citrate(NH4)2FeSO4·6H2O
PB0.5---1.00.06------4.50.0040.066.01.00.3---
PC---0.51.0---0.06---2.0---0.066.01.00.3---
MB---0.051.0------1.0------4.13.51.05.01.38

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表3   IOB培养基组成

Table 3  Culture medium composition for IOB (g·L-1)

Culture mediumK2HPO4NaNO3CaCl2MgSO4·7H2ONH4NO3(g/L)(NH4)2SO4FeSO4·7H2OAmmonium ferric citrateKClCa(NO3)2
Winogradsky0.50.50.20.50.5------6.0------
9k0.05------0.50.15---------0.050.01
Bushnell Hass0.5------0.5---3.044.22---0.10.01

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表4   NRB培养基组成

Table 4  Culture medium composition for NRB (g·L-1)

Culture mediumBeef extractYeast extractNaClPeptoneKNO3
NB3.0---5.010.0---
LB-NO3---5.05.010.010.0

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2 不同营养组分对细菌生长及腐蚀过程的影响

与其他生命有机体一样，微生物也需要不断地从外界环境摄取营养，合成自身的细胞物质，获取生命活动所需能量，从而保证机体的正常运行并维持生命的延续性[19]。在实验室研究中，人们通过配置培养基为细菌的生长繁殖提供条件，以研究各类细菌对金属的腐蚀情况。事实上，不同的营养组分在菌体生长中的作用存在着明显差异。而且，培养基自身也存在着影响腐蚀过程的可能性，例如，磷酸盐的添加促进了金属表面保护膜的形成，从而减缓腐蚀。微生物参与的腐蚀过程非常复杂，不仅涉及材料科学、化学，也与细菌活动密切相关。因此，探索不同营养组分对细菌代谢活性和腐蚀过程的影响，更有利于培养基成分的设计和优化。通过改善培养条件以满足细菌平衡生长的需要，对阐明腐蚀机理具有重要意义。

2.1 碳源对菌体生长的影响

C作为构成各类有机大分子骨架的主要元素，是生物繁殖不可或缺的营养元素之一，为微生物进行各种生命活动提供能量。微生物可以利用的碳源种类繁多，包括糖类及其衍生物、脂类、烃类、有机酸类、醇类、芳香族化合物等。不同微生物对碳素物质的利用能力不同。而且，不同碳源类型对细菌生长及其代谢活性的影响也不尽相同。

Yi等[20]分别利用不同单糖及多糖做为电子供体，探究了不同碳源类型对IRB的Fe(Ⅲ) 还原能力的影响。结果表明，葡萄糖和果糖均可以作为IRB的优质碳源，对Fe(Ⅲ) 的还原率均达到了70%以上。而以心肌糖和纤维素作为碳源时，由于IRB不能产生同化心肌糖以及纤维素的酶，无法完成异化Fe(Ⅲ) 的还原过程。因此，IRB无法直接利用心肌糖和纤维素充当电子供体来获得细胞生长所需的能量。Tong等[21]研究认为，碳源类型和浓度均可以对IRB的Fe(Ⅲ) 还原能力产生不同的影响。不同碳源类型对IRB的Fe(Ⅲ) 还原过程的影响依次为：蔗糖＞葡萄糖＞丙酮酸钠＞乙酸钠＞乳酸钠。在不同碳源体系中，当添加的碳源浓度为1.5 mol/L时，IRB的异化铁还原率最大。这是因为较低的碳源浓度 (0.75和0.375 mol/L) 不能提供足够的电子供体，不利于Fe(Ⅲ) 的还原过程；而过量的碳源 (3 mol/L) 不会显著增加Fe(Ⅱ) 的积累，IRB无法有效利用多余的碳源。

有研究[22]认为，SRB生物膜内的有机碳浓度从外层到金属基底逐渐降低，生物膜底层的细菌虽无法得到充足的碳源供给，却导致了更严重的点蚀。这是因为，当生物膜内的碳源浓度较低时，细菌能够与金属基质交换电子来获得生命所需的能量，即细菌可以依靠腐蚀金属来维持生命活动。Xu等[23]在不同碳源浓度下对SRB进行了饥饿培养。结果表明，1%和10%的含碳量明显增加了试样的腐蚀失重。在碳源供给不足时，SRB为了维持代谢活动，将Fe0作为电子供体，通过跨膜电子转移从金属表面获取电子，从而加速腐蚀。无碳源供给时，由于SRB细胞处于严重饥饿状态，抑制了生物膜的形成，减少了点蚀的发生。Jia等[24]也证实了“饥饿”的细菌在碳源缺乏时更倾向于将铁作为电子供体，通过腐蚀金属来获取维持生命所需的能量。显然，不同的碳源浓度可以通过改变细菌的电子获取途径，从而影响金属的腐蚀过程。

2.2 氮源对菌体生长的影响

N是生物机体的基本组成元素，参与活细胞中几种必要有机化合物 (如氨基酸、嘧啶、嘌呤和酶辅因子) 的合成。N约占细菌干重的10%，在维持细菌代谢和细胞增殖方面发挥着重要作用。在微生物生长过程中，所必需的核苷酸、维生素和矿物质等均由N构成。因此，细菌的生长依赖于外部环境中氮源的供给。

微生物可利用的氮源种类繁多，例如NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4NO3、酵母膏、牛肉膏、蛋白胨、尿素、黄豆粉、甲壳素等均可作为供细菌生长的氮源。但是，不同菌属所能利用的氮源种类不同，而且不同类型的氮源对细菌的生长和代谢产生的影响也不同。Zhang等[25]考察了几种不同氮源 ((NH4)2HPO4、(NH4)2SO4、NH4Cl和NH4NO3) 对氧化亚铁硫杆菌生长及其代谢特性的影响。结果显示，氧化亚铁硫杆菌能更好地利用 (NH4)2HPO4作为氮源。并且，浓度为1.5 g/L的 (NH4)2HPO4更适合菌体的生长，促进了细胞氧化活性的增加。Zhang等[26]研究认为，氧化亚铁硫杆菌在以有机尿素为氮源时，更有利于细胞蛋白质的合成，提高了菌体的生物氧化速率。Gu等[27]利用SRB对SO42-的还原作用，以期通过优化氮源提高SRB菌体对富含重金属和硫酸盐废水的处理能力。结果表明，以大豆粕发酵液为氮源时，培养的SRB菌液能更高效地去除矿山酸性废水中的硫酸根和重金属离子。大豆粕通过发酵转化为小分子氨基酸和多肽，在细菌体内各种酶的作用下分解为可利用的氮源，从而使SRB菌液具有更高的活性。

2.3 无机盐在细菌生长中的重要作用

无机盐又称矿物质，是微生物维持生命活动的六大营养要素之一，常见的有磷酸盐、硫酸盐、氯化物及Na、K、Mg、Ca、Fe等金属的盐类。在微生物生长发育过程中，无机盐的主要功能包括以下几点：(1) 构成菌体成分；(2) 参与酶的组成或作为酶的激活剂，加快酶促反应；(3) 调节细胞渗透压以及H+浓度，维持细胞膜的内外平衡；(4) 一些无机盐还可作为氧化还原反应活性位点。但高浓度的无机盐会引起微生物细胞脱水，导致细胞活性下降，对其生长有明显的抑制和毒害作用[28]。

2.3.1 PO43-的影响

P是微生物细胞中必需且大量存在的营养元素 (约占细胞干重的3%)，是构成核酸、核蛋白及许多辅酶 (如辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ、辅酶A、辅羧化酶等) 的关键组成部分。P主要以PO43-的形式参与生物化学过程，如参与氧化磷酸化反应，生成高能含磷化合物作为能量储备，以提供机体生命活动所需要的能量。

一般来说，C、N、P是微生物生长最重要的营养物质。对于不同的微生物，它们所需要的营养元素的比例是不相同的。Kooij等[29]提出，微生物生长所需要的最佳C、N、P比例为100∶10∶1。在碳源和氮源充足的情况下，磷源的缺乏会对微生物的生长起抑制作用，过量的P对微生物的生长没有影响。Lehtola等[30]在含有48 µg/L有机碳和0.19 µg/L P的原水中，通过添加不同浓度的Na2HPO4 (1~5 µg/L)，研究了P对微生物及生物膜生长的影响。研究发现，低浓度磷酸盐 (1~5 µg/L) 的添加促进了溶液以及生物膜内的微生物生长。Sathasivan等[31]同样在其它营养物质充足的条件下，研究了不同磷浓度对细菌生长的影响。研究显示，在0~5 µg/L磷酸盐浓度范围内，最大细菌数量随磷浓度的增加呈线性增长。但是，当添加的P从5 µg/L增至10 µg/L时，细菌的增长速率减慢。一些国家还曾通过在配水管道内添加含磷缓蚀剂，以改善管道内壁的生物膜腐蚀问题[32]。这是因为PO43-能够有效抑制α-FeOOH的形成，腐蚀外层FePO4的生成有效降低了微生物的粘附性[33]。但是，磷系缓蚀剂的过度使用将会引起水体富营养化，造成环境危害。

2.3.2 SO42-的影响

S是细胞中必不可少的元素，胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸等含硫氨基酸是构成蛋白质的主要成分。S还参与了一些生理活性物质，如硫胺素、生物素、辅酶A的组成。S及硫化物还可以作为某些自养微生物的能量来源。微生物主要以SO42-的形式从环境中吸收S，+6价S进入细胞即还原为-2价 (—SH) 态。S缺乏往往导致细菌体内的活性代谢失调，影响其正常生长。

SO42-作为电子受体，参与了SRB的异化硫酸盐还原过程，其含量变化对SRB的生长情况有显著影响。Meng等[34]研究认为，当SO42-含量为1000 mg/L 时，SRB的生长繁殖最为旺盛，对试样产生的腐蚀性最大；但当浓度大于1000 mg/L时，SRB的生长速率逐渐下降并趋于稳定，其腐蚀速率也呈现相同规律。在异化硫酸盐还原过程中，SRB代谢产物多以硫化物沉淀或以S2-形式存在。因此，硫化物含量与SRB数量存在一定的正相关性。同时，SRB代谢产生的硫化物能够导致金属的应力腐蚀，在一定程度上对SRB腐蚀起促进作用。

2.3.3 Cl-和Na+的影响

Cl-是较为常见的活性阴离子，其浓度在很大程度上反映了介质的盐度。含盐物质通过影响细胞内外的渗透压平衡，改变细菌的物质运输过程，从而影响菌体的正常生长。适当的盐度有利于细菌的生长繁殖，而过高的盐度往往使细胞发生质壁分离，最终导致细胞脱水死亡[35]。

Fang等[36]研究发现，当Cl-含量小于1.5 g/L时，满足了SRB细胞对盐度的生理要求，促进了溶液中浮游细胞的生长。随着Cl-浓度的增加，浮游细菌的数量逐渐减少，细菌更倾向于附着在金属表面并聚集成团。然而，随着Cl-穿透生物膜的能力增强，金属的腐蚀程度加剧。也有人将Cl-和Na+的综合作用概括为盐度的影响。Zhang等[37]在研究SRB的生长特性时发现，SRB在NaCl浓度低于0.818%的培养基中生长良好，当NaCl浓度大于2.45%时会完全抑制SRB的生长。Webster等[38]通过对SRB介质进行恒电位和ZRA耦合实验，表明腐蚀过程受到阴离子比值的影响，即Cl-浓度与总阴离子浓度的比值。此外，Cl-的加入能够改变不锈钢表面氧化层的结构，导致钝化膜破裂，从而促进点蚀的发生和扩展[39]。因此，微生物所需要的离子元素必须控制在正常的浓度范围内，且元素之间的比例要合适。

2.3.4 K+的影响

K是许多酶的活性剂，对原生质胶体特性、细胞质膜透性有重要的调控作用，也是细胞内许多物质运输系统的重要组成元素。在生物体内，生物膜总是存在于包含各种盐离子的液体环境，并直接与盐溶液接触且发生作用。这些盐离子不仅调节了膜内外的离子数量，还改变了膜的结构和特性，对于维持细胞生理功能起到了关键性的作用。Yang等[40]对3种不同钾盐 (PBS、KF、KI) 与生物膜的作用进行了研究。结果表明，3种钾盐均能与膜发生作用，但作用方式并不相同。由于K+的存在，膜的结构受到干扰，同时对膜表面水的相位也产生了干扰，不同钾盐表现出了不同的干扰行为，与膜的作用强度有如下顺序：PBS＞KI＞KF。

2.3.5 Ca2+的影响

Ca是微生物生长所需的重要阳离子，是许多酶的激活剂，主要参与调节细胞质的胶体状态、影响细胞膜的通透性、调节pH等过程。Ca2+对微生物的生理学特性起着重要作用，例如调节细菌的粘附性、鞭毛游动性以及EPS的分泌情况等[41]；另一方面，Ca2+还可以通过屏蔽、中和表面电荷、阳离子桥接等特性与EPS分子表面带负电荷的官能团 (如—OH，—COOH等) 相互作用，进而改变细菌和基质的表面特性[42,43]。Liu等[44]研究Ca2+对碳钢微生物腐蚀的影响时表明，Ca2+的存在参与了细胞外高聚物的成膜过程，并影响了碳钢的腐蚀敏感性。随着Ca2+浓度增加，SRB生物膜的致密性增加，阻碍了金属/膜界面上的电荷传递过程，从而显著降低了金属基体的腐蚀敏感性。尽管Ca2+的存在会促进细胞与材料表面的粘附作用，但Ca2+浓度变化对于粘附过程的影响需要考虑Ca2+浓度对细菌活性、细胞粘附性以及EPS产量等因素的综合影响。

2.3.6 Fe2+的影响

Fe作为微生物生长必需的矿物元素之一，在蛋白质合成、细胞代谢以及能量的储存与转运等过程占有极其重要的生理作用。因此，Fe2+浓度也是影响细胞生长活性的因素之一。Zhang等[45]研究了Fe2+浓度对SRB生长行为的影响。Fe2+是SRB细胞中铁还原酶、细胞色素C3、红素还原酶、过氧化氢酶等多种酶的辅基成分，随着环境中Fe2+浓度的增加，SRB的代谢活性增强，其生长高峰期也有所延长。Jia等[46]探究了不同Fe2+浓度对SRB的作用机理。研究表明，培养基中较高的Fe2+浓度 (200 mg/L) 促进了浮游和无柄SRB细胞的生长，进而导致金属腐蚀加剧。Javed等[47]在研究Fe2+浓度对SRB初始附着的影响时也认为SRB的初期附着与介质中的Fe含量无关。但在60 min后，富铁培养基中的试样表面有更多的SRB细胞附着和胞外多聚物产生。但是，SRB生长环境所需的Fe2+浓度并不是越高越好。当Fe2+浓度达到3~4 g/L时[48]，对细胞生长的促进作用减弱。过高的Fe2+浓度能够抑制亚硫酸盐还原酶的活性，进而对SRB的硫酸盐还原过程产生抑制作用。

3 培养基对生物膜腐蚀的影响

生物膜对金属腐蚀的影响十分复杂，既有促进作用，又有抑制作用。Liu等[49]研究表明，生物膜的形成改变了金属材料所处的局部微环境，如pH值和氧浓度，使其对金属具有更强的腐蚀性。但Starosvetsky等[50]研究表明，细菌分泌的生物膜基质实际上是腐蚀过程中的传递屏障，阻碍了腐蚀代谢产物与金属的接触，从而在一定程度上减缓了腐蚀的发生。

一般而言，生物膜的主要组成成分为胞外聚合物EPS，EPS主要由蛋白质、多糖、脂质等组成[35]，含有大量羰基、羧基、羟基等负电荷官能团。这些负电荷基团可以与多价阳离子络合，导致金属离子的沉淀、吸附、耦合，进而促进金属材料溶解，加速腐蚀。络合等过程的反应速率与离子浓度有关，培养基通过影响细菌的生长，从而间接影响生物膜内的EPS浓度，改变金属的腐蚀速率。Finkenstadt等[51]研究认为，在不同培养条件下培养的同一菌种，由于EPS成分和结构的变化，腐蚀程度也不相同。Wu等[52]研究认为，IOB最适宜的碳源和氮源分别是柠檬酸铁铵和NaNO3。这主要是因为柠檬酸铁铵可以分解出铁离子，从而增加碳源的使用并促进IOB的生长；当NaNO3为氮源时，IOB的酶产量较高，其生物活性相对更强。而且，IOB的参与明显改变了挂片表面的腐蚀结构与元素组成，这都与生物膜分布不均匀以及代谢产物的形成有关。显然，培养基可以直接改变细菌数量、活性，从而影响EPS浓度等因素，最终影响生物膜的结构，对腐蚀产生不同的影响。

4 展望

培养基是微生物维持和延续其生命活动的物质基础，其活性与营养水平密切相关。为促进或抑制微生物生长，往往可以通过调控该微生物所需的碳源、氮源以及无机盐组分来实现，这是微生物研究的重要手段之一。要保证微生物生长的稳定性，就必须考察培养基中各营养组分对细菌生长特性的影响。

培养基组成不同，微生物的细胞活性、菌体生物量、生物膜的结构组成及其产生的EPS含量、表面电荷、粘附性能等均可能存在差异，这也导致同种微生物的腐蚀机制研究仍存在较大的分歧。在微生物培养时，应明确培养基中不同组分在微生物生命活动中的生理功能。根据微生物的种类差异及其工作需求来选取适宜的营养物质，这对菌体的正常生长及其代谢产物的形成和积累有重要影响。因此，在微生物腐蚀研究时，探索培养基中主要营养元素对微生物生长及其代谢的作用，选取适当的培养基组成，优化培养条件和过程，从而减少培养基对金属腐蚀过程的干扰，对还原实际环境、探究微生物腐蚀机理有着重要的指导意义。

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