随着社会经济和科学技术的发展,不锈钢因其优良的耐蚀性被广泛使用,但由于使用环境的复杂,不锈钢材料面临的腐蚀问题十分棘手,微生物腐蚀便是其中之一。芽孢杆菌属Bacillus subtilis是广泛存在于各种环境中的革兰氏阳性菌,也是兼性厌氧菌。厌氧环境中的B.subtilis能够作为硝酸盐还原菌将硝酸盐作为末端电子受体完成呼吸反应以获取能量,这一特点会使环境中的金属材料发生严重腐蚀。在微生物腐蚀的相关研究中,胞外电子传递是导致金属材料失效的作用机制之一,该机制将微生物的生化代谢过程考虑其中,认为微生物膜与金属材料之间存在着高效的电子传递过程,而这一过程会加速金属材料的腐蚀过程。而有关不锈钢微生物腐蚀的研究中,均指出微生物的存在会加速其点腐蚀,但具体作用机制并未阐明,可以说不锈钢的微生物腐蚀机理研究仍存在较大空白。那么,B.subtilis作为一种含有内源型电子介体的硝酸盐还原菌,探明其胞外电子传递机制以及对不锈钢微生物腐蚀的影响规律,对各类环境中使用的不锈钢类金属材料及金属设施的腐蚀防护具有重要意义。本课题以304不锈钢作为研究对象,探究电子供体和电子受体对B.subtilis与不锈钢之间的胞外电子传递行为以及对不锈钢腐蚀行为的影响。设置以甘油和硝酸盐作为电子供体和电子受体的匮乏条件,促进B.subtilis与不锈钢之间的“生物阴极”或“生物阳极”过程,从微生物代谢、生物膜形态以及腐蚀特征等角度出发,研究B.subtilis通过胞外双向电子传递过程对不锈钢的腐蚀行为,并结合转录组学分析,从基因表达层面探究B.subtilis的内源电子介体（核黄素）与其腐蚀行为的相关性。主要结论如下:作为有机电子供体的甘油浓度减少的条件下,B.subtilis在304不锈钢表面的生物膜形态呈现出紧密结合的簇状,面积较小,厚度较大且数量较多,并且304不锈钢的Fe2+溶出被促进,由此推测出该条件下,生物膜的“生物阴极”过程被促进,该过程主要通过局部溶解304不锈钢的基底Fe0获取电子。电化学测试结果表明,当电子供体匮乏时,B.subtilis将优先消耗有机电子供体,随后与304不锈钢之间的电荷转移速率迅速上升,并且阳极电流增大,但不锈钢点蚀敏感性的降低有限,这表明B.subtilis的“生物阴极”被促进后,将主要加速304不锈钢的阳极溶解,并未造成钝化膜的大面积损伤,只是在局部呈现出较为严重的破坏。作为可溶性电子受体的硝酸盐浓度减小的条件下,B.subtilis在304不锈钢的固着细胞比例大幅度上升,生物膜的面积较大,且细菌细胞结合紧密。Fe2+溶出结果表明,在可溶性电子受体匮乏时,B.subtilis生物膜促进了 304不锈钢的Fe2+溶出,由此推断出B.subtilis的“生物阳极”过程被促进,该过程将电子传递至304不锈钢表面的钝化膜,进而促进膜下的钝化膜被还原。电化学测试结果表明,304不锈钢在以“生物阳极”过程为主的EET作用下点蚀电位明显降低,但阳极电流的增加有限,这表明“生物阳极”过程被促进后,将加速钝化膜的还原,致使钝化膜整体劣化,最终导致304不锈钢的点蚀敏感性显著上升。以包含原生钝化膜的不锈钢表面为钝化态,以人为打磨去除原生钝化膜后的不锈钢表面为活化态,进一步研究“生物阴极”和“生物阳极”途径在304不锈钢MIC过程中的作用。结果表明,在电子供体匮乏时,B.subtilis生物膜以“生物阴极”过程为主,从基底Fe0中获取电子,那么304不锈钢表面的钝化膜阻碍了 B.subtilis与基底Fe0的直接接触,因此B.subtilis更倾向于在活化表面形成面积较大的生物膜。电化学测试结果表明,该条件下,B.subtilis导致钝化表面和活化表面的阳极电流密度显著增加,而点蚀电位的降低有限,这表明B.subtilis生物膜以“生物阴极”为主的EET过程主要促进304不锈钢的阳极溶解,对钝化膜并未造成大面积损伤。在电子受体匮乏时,B.subtilis生物膜的“生物阳极”过程被促进,电子被传递至表面钝化膜,此时304不锈钢表面的钝化膜是维持B.subtilis“生物阳极”过程的重要因素,因此B.subtilis在钝化表面形成大生物量的生物膜。电化学测试结果表明,钝化表面和活化表面的点蚀电位显著降低,而阳极电流密度的增加有限,这表明B.subtilis生物膜以“生物阳极”为主的EET过程主要导致了 304不锈钢钝化膜的整体劣化,并阻碍其修复。转录组学分析结果表明,在电子供体/受体匮乏条件下,B.subtilis存在多条差异表达基因,其中与核黄素代谢通路相关的上调基因pabB、nfrA1和nfrA2均显著富集;同时,B.subtilis代谢产物中的核黄素浓度会随着其生物膜与304不锈钢之间的胞外电子传递作用的增强而上升,同时细菌的代谢混合物中均出现了核黄素的氧化还原峰;将核黄素补充至有机电子供体过度匮乏的培养基中,B.subtilis与304不锈钢表面之间的电荷转移速率明显增加,且阳极溶解被促进,以上结果表明B.subtilis核黄素的基因表达和代谢途径与其对304不锈钢微生物腐蚀中的胞外电子传递过程存在较大相关性。