海洋工程装备在长期服役过程中易受到微生物腐蚀（Microbiologically Influenced Corrosion, MIC）的影响。深海环境具有高静水压力、低温及寡营养等典型极端特征，这些因素能够改变微生物的生理代谢过程，并进一步影响材料腐蚀行为。硫酸盐还原菌（Sulfate-Reducing Prokaryotes, SRP）被认为是海洋环境中诱导金属材料腐蚀的重要功能微生物。然而，目前针对深海高静水压力条件下SRP介导的MIC行为及其调控机制仍缺乏系统研究。

本研究以深海嗜压硫酸盐还原菌Pseudodesulfovibrio indicus J2^T为研究对象，在实验室深海环境模拟装置中构建不同静水压力条件（0.1 MPa, 10 MPa 和 30 MPa）的厌氧寡营养腐蚀体系，以Q235碳钢为研究材料，系统分析静水压力对SRP介导MIC行为的影响，并从生物膜及其胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances, EPS）角度探讨其调控机制。通过失重分析、腐蚀形貌观察、电化学测试、腐蚀产物表征及生物膜结构表征等方法，对不同压力条件下Q235碳钢的腐蚀行为及界面特征进行了综合分析。同时，结合EPS空间分布分析与定量分析，对多糖、蛋白质及胞外DNA（extracellular DNA, eDNA）等主要组分进行测定，并通过多种光谱分析技术探讨EPS的结构特征及其在腐蚀过程中的潜在作用。主要研究结论如下：

（1）静水压力对MIC行为具有显著影响，MIC行为存在由抑制向促进转变的静水压力响应特征。14 d腐蚀实验结果表明，在0.1 MPa条件下，J2^T的存在对Q235碳钢表现出一定的均匀腐蚀抑制作用；而在10 MPa和30 MPa条件下则表现出明显的腐蚀促进效应。随着静水压力升高，在0.1-10 MPa范围内可能出现腐蚀行为变化拐点。14 d时10 MPa条件下生物膜-腐蚀产物膜界面表现出一定的时效性保护特征，而30 MPa条件下仍表现出较强的MIC威胁性。

（2）静水压力显著调控EPS的组成、空间分布与结构特征。在0.1 MPa条件下，EPS可能对金属表面形成一定的保护作用；而在较高静水压力下，EPS分泌量增加，其中蛋白质含量升高尤为显著。蛋白质、eDNA及脂质等组分含量的增加可能有助于提高生物膜结构稳定性，并可能与代谢产物腐蚀及胞外电子传递（Extracellular Electron Transfer, EET）过程相关。在0.1 MPa条件下，α-多糖占主导，EPS呈现分散且覆盖范围广的结构特征。随着压力升高至10, 30 MPa，EPS经历分散-聚集-再分散的结构重构过程，该变化可能调控界面微环境并影响MIC行为。此外，高静水压力还诱导EPS蛋白二级结构中无规则卷曲（random）比例增加，多糖链构象趋于规整，同时腐殖质样和芳香族荧光组分增强，从而可能提高EPS网络的致密性及金属离子络合能力，促进局部腐蚀微区的形成。实验结果还表明，静水压力条件下附着微生物数量与其代谢活性并不呈明显相关关系，在0.1 MPa条件下附着的J2^T数量约为高压条件下的2.5倍。

（3）静水压力对生物膜空间结构分布具有重要影响。当压力达到10 MPa（约1000 m深度）以上某个条件时，生物膜结构出现明显增厚及空间异质性增强的特征。由J2^T与EPS共同形成的生物膜结构表现为三种不同类型：在0.1 MPa条件下形成相对薄且致密的保护型生物膜；在10 MPa条件下形成了薄且腐蚀活性较高的生物膜，伴随明显点蚀及较大失重；在30 MPa条件下则形成厚度较大且空间异质性明显增强的腐蚀型生物膜。

（4）静水压力不改变腐蚀产物的主要类型，但会调控其组成比例。腐蚀产物主要为FeS和FeOOH，在10 MPa和30 MPa条件下导电性腐蚀产物FeS的比例显著升高，促进局部电化学反应，加剧点蚀及腐蚀失重。

本研究揭示了静水压力对深海P. indicus J2^T介导的MIC行为及其EPS特征的影响规律，从微生物-生物膜-材料界面耦合角度对压力调控MIC行为的可能作用过程进行了分析，表明高静水压力可能通过调控生物膜及其EPS结构、空间分布及腐蚀产物组成，从而改变腐蚀行为特征。

第1章 绪论... 1

1.1 引言... 1

1.2 深海环境中的微生物腐蚀研究进展... 2

1.2.1 深海环境特征及其对腐蚀过程的影响... 2

1.2.2 深海腐蚀相关微生物及其作用特征... 2

1.3 腐蚀生物膜及其界面作用... 3

1.3.1 腐蚀生物膜的形成与组成... 3

1.3.2 生物膜-材料界面作用及MIC机制... 5

1.3.3 深海环境下腐蚀生物膜研究进展... 7

1.4 高静水压力调控微生物腐蚀的研究现状... 9

1.4.1 静水压力对微生物及生物膜行为的影响... 9

1.4.2 静水压力影响MIC的潜在机制... 11

1.5 选题依据与研究内容... 13

1.5.1 选题依据... 13

1.5.2 研究内容... 14

第2章 不同静水压力下Pseudodesulfovibrio indicus J2^T介导的Q235碳钢微生物腐蚀特征... 15

2.1 研究背景... 15

2.2 材料与方法... 16

2.2.1 材料和细菌培养... 16

2.2.2 实验体系... 16

2.2.3 细菌形态观察及细菌计数... 17

2.2.4 生物膜表征... 17

2.2.5 失重测试... 17

2.2.6 腐蚀产物表征... 18

2.2.7 点蚀坑观察... 18

2.2.8 电化学测试... 18

2.3 结果与讨论... 18

2.3.1 细菌形态观察及生长曲线绘制... 18

2.3.2 失重和点蚀情况... 19

2.3.3 电化学分析... 22

2.3.4 腐蚀产物分析... 25

2.3.5 生物膜表征... 27

2.4 本章小结... 31

第3章 不同静水压力下Pseudodesulfovibrio indicus J2^T EPS组成与结构特征... 33

3.1 研究背景... 33

3.2 材料与方法... 34

3.2.1 材料和细菌培养... 34

3.2.2 实验体系... 34

3.2.3 EPS荧光染色观察... 34

3.2.4 EPS提取... 34

3.2.5 细胞裂解程度分析... 35

3.2.6 EPS成分含量测定... 35

3.2.7 EPS表征... 35

3.3 结果与讨论... 36

3.3.1 萃取对细胞裂解程度影响观察... 36

3.3.2 压力调控下EPS成分及含量... 37

3.3.3 压力调控下EPS成分表征... 41

3.3.4 压力调控微生物腐蚀的可能机制讨论... 49

3.4 本章小结... 51

第4章 结论与展望... 52

4.1 结论... 52

4.2 创新点... 53

4.3 展望... 53

参考文献... 55

致谢... 65

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果 66