日本海洋研究开发机构（JAMSTEC）超先锐研究开发部门的副主任研究员若井晓与秋田大学研究生院理工学研究科系统设计工学专业的副教授宫野泰征等人组成的研究团队成功发现，在金属腐蚀过程中参与腐蚀的微生物会发生显著变化。
图1：金属试片的腐蚀外观与微生物群落结构的变化
金属试片浸泡1个月后，表面生锈，尽管生锈量会随着时间而增加，但22个月后仍然能看到同样的红褐色锈迹。另一方面，铁锈中的微生物群落结构也会随着时间动态变化。（供图：海洋研究开发机构（JAMSTEC））
针对微生物引起的金属腐蚀现象（微生物腐蚀）的研究从100多年前就开始了，但目前尚未开发出有效的诊断技术。此前有关硫酸盐还原菌的模型被广泛接受，但一直未弄清细菌在腐蚀过程中的动态情况。对此，研究团队将多种金属材料在微生物腐蚀明显的环境中浸泡了22个月，调查了腐蚀情况与微生物种群的变化。
具体做法是将9种金属材料浸泡在处理淡水环境工业用水的设施中，在1个月、3个月、6个月、14个月和22个月时各回收两组，一组用于根据重量减损计算腐蚀量，另一组用于对金属表面的生物膜和铁锈（腐蚀生成物）进行微生物分析。关于微生物分析，从回收的生物膜和铁锈中提取DNA并分析其基因序列，分析微生物群落结构，以确定存在的微生物类型和数量。
结果显示，在腐蚀的初期阶段，硫酸盐还原菌几乎不存在，铁氧化菌的丰度在微生物群落中较高，但随着腐蚀的加剧铁氧化菌减少，铁还原菌增加，并且随着腐蚀的进一步加剧，硫酸盐还原菌也逐渐增加。另外还确认，合金中的铬含量较高时，具有硫磺氧化能力的微生物显著增加。
图2：金属腐蚀过程所对应的微生物分析
此次明确了此前一直尚不清楚的腐蚀过程中微生物群落的结构变化。有了这些信息，还可以通过观察微生物群落结构来评估金属材料的腐蚀阶段（早期、中期、后期）。此外，还使用耐腐蚀材料（下）明确了金属材料完好时的微生物变化与发生腐蚀时的区别。（供图：海洋研究开发机构（JAMSTEC））
此次，研究团队通过调查金属腐蚀行为和微生物群落结构的长期变化，成果捕捉到了此前一直不清楚的，在实际环境中微生物腐蚀的动态。
若井晓副主任研究员表示：“近年来，便携式基因检测器件的开发取得了进展，通过将微生物信息与便携式器件相结合，可以在各种腐蚀现象成为问题的现场快速准确地诊断微生物腐蚀。目前正在推进海洋环境、尤其是深海环境的微生物腐蚀研究，我们希望这些成果对日本近海的海底资源开发有所帮助。”
【词注】
■硫酸盐还原菌：在呼吸中使用硫酸离子代替氧气进行能量代谢的细菌。能还原硫酸，生成硫化氢。硫化氢对金属有腐蚀性，因此硫酸盐还原菌长期以来一直被认为是引起金属腐蚀的微生物。
■铁氧化菌：通过氧化二价铁离子（Fe 2+）来获得能量的细菌。
■铁还原细菌：在呼吸中利用三价铁离子（Fe 3+）代替氧进行能量代谢的细菌。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：npj Materials Degradation
论文：Dynamics of microbial communities on the corrosion behavior of steel in freshwater environment
DOI：doi.org/10.1038/s41529-022-00254-0
