全 文 ：ＤＯＩ：１０．１１９７３／ｆｓｙｆｈ－２０１５０７００２
舟形藻在假单胞菌菌膜上的附着及对
３１６Ｌ不锈钢腐蚀的影响
管 方１，２，翟晓凡１，２，段继周１，张 杰１，侯保荣１
（１．中国科学院海洋研究所 海洋环境腐蚀与生物污损重点实验室，青岛２６６０７１；
２．中国科学院大学，北京１０００４９）
摘　要：为了揭示海洋微藻在菌膜上的附着规律及其对金属腐蚀的影响，采用原子力显微镜测试探究舟形藻在铜绿
假单胞菌菌膜条件下的附着，并通过电化学阻抗谱和动电位极化曲线方法研究菌膜存在与舟形藻附着对３１６Ｌ不锈
钢腐蚀的影响。结果表明，在附着前期菌膜抑制舟形藻的附着，后期则促进舟形藻的附着。电化学测试结果显示，
舟形藻的存在增大了３１６Ｌ不锈钢的腐蚀倾向，并使腐蚀速率增大；而菌膜的附着一定程度上抑制了舟形藻对３１６Ｌ
不锈钢的腐蚀。
关键词：附着；电化学阻抗谱；舟形藻；铜绿假单胞菌ＰＡＯ１；３１６Ｌ不锈钢
中图分类号：ＴＧ１７４．３　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００５－７４８Ｘ（２０１５）０７－０６０３－０６
Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｎａｖｉｃｕｌａ　ｏｎ　Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎｓ　Ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ　ＰＡＯ１Ｂｉｏｆｉｌｍ　ａｎｄ
Ｉｔｓ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｎ　３１６ＬＳｔａｉｎｌｅｓｓ　Ｓｔｅｅｌ
ＧＵＡＮ　Ｆａｎｇ１，２，ＺＨＡＩ　Ｘｉａｏ－ｆａｎ１，２，ＤＵＡＮ　Ｊｉ－ｚｈｏｕ１，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｅ１，ＨＯＵ　Ｂａｏ－ｒｏｎｇ１
（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｃｅａｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０７１，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ｏｎ　ｐｓｅｕｄｏｍｏｎｓ　ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ　ＰＡＯ１ｂｉｏｆｉｌｍ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ
ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　３１６Ｌｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｂｙ　ａｔｏｍｉｃ　ｆｏｒｃｅ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＡＦＭ），ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ
ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＥＩＳ）ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅ　ｆｏｒ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ
ｏｆ　ｍａｒｉｎｅ　ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ　ｏｎ　ｍｅｔａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｍｅｔａｌ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂａｃｔｅｒｉａ　ｂｉｏｆｉｌｍ
ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｓｔａｇｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｍｏｔｅｄ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌａｔｅｒ　ｓｔａｇｅ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ
ｒｅｓｕｌｔｓ　ｒｅｖｅａｌｅｄ　ｔｈａｔ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ　ｏｎ　３１６Ｌｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ　ｏｆ　３１６Ｌｓｔａｉｎｌｅｓｓ
ｓｔｅｅｌ，ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒａｔｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ　ｂａｃｔｅｒｉａ　ｂｉｏｆｉｌｍ　ｉｎ　ｓｏｍｅ　ｅｘｔｅｎｔ　ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　３１６Ｌ
ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ；ＥＩＳ；ｎａｖｉｃｕｌａ；ｐｓｅｕｄｏｍｏｎｓ　ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ　ＰＡＯ１；３１６ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ
　　海洋生物污损是伴随着人类的海洋开发活动而
对人造海洋设施产生的一类生态危害，例如造成管
线堵塞，船舶航行阻力增加，海洋平台载荷增加，并
可能增加腐蚀风险，生物污损会造成巨大经济损
失［１］。附着于材料表面的微生物膜是诱导生物污损
收稿日期：２０１４－０７－０１
基金项目：国家自然科学基金项目（４０９７６０４６）；国家重点基
础研究发展计划（２０１４ＣＢ６４３３０４）
通信作者：段继周（１９７２－），博士，研究员，从事海洋微生物
腐蚀与生物污损的基础和应用研究工作，０５３２－８２８９８８５１，
ｄｕａｎｊｚ＠ｑｄｉｏ．ａｃ．ｃｎ
进一步发展的重要原因，它也是材料腐蚀发生的重
要因素［２］。钢铁构筑物等设施浸入海水环境后其表
面几分钟内便形成一层富含有机质的调控膜，随后
细菌、硅藻等微生物相继附着进而形成生物膜［３－５］，
影响这一过程的因素包括材料表面形貌［６］、表面电
荷［７］和表面润湿度［８］等。细菌膜作为生物膜的重要
组成之一，其形态和结构很大程度上决定了后续大
型生物的附着，并影响整个生物污损过程。已有研
究表明，菌膜既可以促进也能抑制其他微生物的附
着［９－１０］。Ｇａｗｎｅ等［１１］研究了细菌对硅藻附着的影
响，发现硅藻的附着随基体材料的表面电荷和材料
质地不同而不同，菌膜可以通过分泌多聚糖来改变
·３０６·
第３６卷 第７期
２０１５年７月
腐蚀与防护
ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ　＆ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．３６　Ｎｏ．７
Ｊｕｌｙ　２０１５
基体材料的表面电荷和质地从而影响硅藻的附着。
Ｊｏｉｎｔ等［１２］在研究浮游孢子在菌膜的附着时也得到
了相似的结论。
海洋微藻是重要的污损生物之一，其在水下基
体的附着是诱发其他污损生物附着的重要因素，并
影响随后污损生物群落的发展。舟形藻属（Ｎａｖｉｃｕ－
ｌａ）隶属于硅藻门，在金属表面的附着是一个逐级有
序的过程，包括到达表面后着陆、初始附着、滑行及
永久附着四个步骤［１３］。舟形藻通过初期附着选择
最优的生存环境，初期附着可以是暂时的也可以是
永久的［１４］。进入新环境后，处于悬浮状态的舟形藻
细胞在重力、水流作用下到达固体表面，通过与固体
表面的静电引力或与附着在固体表面有机质间的相
互作用同固体表面结合。此外，菌膜的形成是海洋
生物污损过程中一种常见的现象，然而海洋微藻在
细菌膜上的附着规律及其对金属腐蚀的影响尚未得
到足够的重视。因此，本工作采用铜绿假单胞菌
（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎｓ　ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ　ＰＡＯ１）形成菌膜，对比舟
形藻在无菌膜的不锈钢试片表面的附着力及电化学
腐蚀行为，就菌膜对舟形藻附着的影响及其对３１６Ｌ
不锈钢腐蚀的影响进行了初步研究。
１　试验
１．１　试样
试验采用３１６Ｌ不锈钢试片，其化学成分（质量
分数／％）为：Ｃ　０．０２２，Ｍｎ　０．９７，Ｐ　０．０２８，Ｓｉ　０．６９，Ｓ
０．００３，Ｎｉ　１０．０３，Ｃｒ　６．２８，Ｍｏ　２．１６，Ｎ　０．０１５，余量
为铁。试验采用２种典型的污损微生物：铜绿假单
胞菌 （Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎｓ　ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ　ＰＡＯ１）和舟形藻
（Ｎａｖｉｃｕｌａ）。
　　试样尺寸为１０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ，试验前试
片用水砂纸逐级打磨至２０００号，最后用０．３μｍ的
Ａｌ２Ｏ３ 抛光粉抛光，无水乙醇擦洗，放入无水乙醇中
超声清洗１０ｍｉｎ。取出晾干，在紫外照射条件下
３０ｍｉｎ灭菌。
１．２　细菌培养与生长曲线测定
配制ＬＢ培养基（１０．０ｇ·Ｌ－１　ＮａＣｌ；１０．０ｇ·
Ｌ－１胰蛋白胨；５．０ｇ·Ｌ－１酵母提取物），调节ｐＨ至
７．０，１２１ ℃灭菌３０ｍｉｎ，接种铜绿假单胞菌（Ｐ．
ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ　ＰＡＯ１）微生物菌株，置于３７℃的振荡培
养箱中过夜培养２２ｈ，取６０μＬ于２００ｍＬ　ＬＢ培养
液作为试验中用到的培养基，绿铜假单胞菌浓度大
约１０４ 个／ｍＬ。
在盛有２００ｍＬ　ＬＢ培养基的２５０ｍＬ广口瓶中
接种菌株铜绿假单胞菌使初始浓度为１０４ 个／ｍＬ。
在３３℃中培养，用平板计数法连续１３ｄ进行细菌
计数，得到生长曲线。
１．３　舟形藻生长周期
在盛有２００ｍＬ　ｆ／２培养液（ＮａＮＯ３７．４８×
１０－２　ｇ·Ｌ－１；ＮａＨ２ＰＯ４ ４．４×１０－３　ｇ·Ｌ－１；
Ｎａ２ＳｉＯ３·９Ｈ２Ｏ　８．４×１０－３～１６．７×１０－３　ｇ·Ｌ－１；
ＺｎＳＯ４·４Ｈ２Ｏ　２．３×１０－５　ｇ·Ｌ－１；ＭｎＣｌ２·４Ｈ２Ｏ
１．７８×１０－４　ｇ·Ｌ－１；ＣｕＳＯ４·５Ｈ２Ｏ　１．０×１０－５　ｇ·
Ｌ－１；ＦｅＣ６Ｈ５Ｏ７ ·５Ｈ２Ｏ　３．９×１０－６　ｇ·Ｌ－１；
Ｎａ２ＭｏＯ４·２Ｈ２Ｏ　７．３×１０－６　ｇ·Ｌ－１；ＣｏＣｌ２６·Ｈ２Ｏ
１．２×１０－５　ｇ·Ｌ－１；Ｎａ２ＥＤＴＡ　４．３５×１０－６　ｇ·Ｌ－１；
维生素Ｂ１２　５×１０－８　ｇ·Ｌ－１；维生素Ｂ１　１×１０－４　ｇ·
Ｌ－１；维生素 Ｈ　５×１０－８　ｇ·Ｌ－１）的２５０ｍＬ广口瓶
中接种舟形藻，使体系中舟形藻的初始浓度为
１３０个／ｍＬ，在体系中悬挂２０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ
载用玻璃试片，每天取出在血小板计数器上于显微
镜下计数，计算单位面积上的舟形藻数目。
１．４　原子力显微镜（ＡＦＭ）附着力试验
　　将经打磨抛光的３１６Ｌ试片放入Ｐ．ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ
ＰＡＯ１浓度为１０４ 个／ｍＬ的菌液中培养，分别于不
同采样时间（１ｄ、４ｄ、１１ｄ）取出试片，１００ｍｍｏｌ／Ｌ
ＰＢＳ（磷酸缓冲液）冲洗三次以除去未粘附细胞，用
原子力显微镜（日本精工，ＳＰＡ４００）观察。
将上述在菌液中浸没处理过的试片放在舟形藻
溶液中培养，分别于不同时间（１ｄ、１０ｄ）取出试片，
用原子力显微镜观察。洁净的试片在舟形藻溶液中
培养，分别于不同采样时间（１ｄ、１０ｄ）取出试片，用
原子力显微镜观察。
１．５　电化学试验
试验所用电极为３１６Ｌ不锈钢电极，尺寸为
１０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ，长约１５ｃｍ 的铜导线连
接，用环氧树脂将电极密封，只保留１０ｍｍ×１０ｍｍ
的工作面。将制作好的３１６Ｌ不锈钢工作电极用水
砂纸逐级打磨至２０００号，无水乙醇冲洗，放入无水
乙醇中超声清洗１０ｍｉｎ。
电化学试验采用三电极体系，３１６Ｌ不锈钢电极
为工作电极，２ｍｍ×２ｍｍ铂电极作为对电极，饱和
甘汞电极（ＳＣＥ）作为参比电极。文中电位若无特
指，均相对于ＳＣＥ。电化学阻抗谱扫描频率范围为
１０ｍＨｚ～１００ｋＨｚ，电压振幅为 １０ ｍＶ。应用
ＺＳｉｍｐＷｉｎ　Ｖｅｒｓｉｏｎ３．２１电化学分析软件对试验结
·４０６·
管 方等：舟形藻在假单胞菌菌膜上的附着及对３１６Ｌ不锈钢腐蚀的影响
果进行分析。
２　结果与讨论
２．１　铜绿假单胞菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎｓ　ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ　ＰＡＯ１）
的生长周期
铜绿假单胞菌（Ｐ．ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ　ＰＡＯ１）的生长曲
线见图１。可以看出，Ｐ．ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ　ＰＡＯ１在５ｈ
后即进入对数生长期，该期间细菌以二次分裂的方
式快速繁殖，菌含量最高达１０１０～１０１１个／ｍＬ。４８ｈ
后随着培养基中营养物质的减少和代谢废物的增
多，环境不再利于细菌的生长，死亡的细菌个数超过
新生的细菌个数，细菌总数开始下降。
图１　铜绿假单胞菌ＰＡＯ１的生长曲线
Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎｓ
ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ　ＰＡＯ１
２．２　舟形藻生长周期
由图２可以看出，约５ｄ后，舟形藻在试片表面
附着，开始呈指数生长。随着环境中营养物质的消
耗和代谢废物的增多，舟形藻的附着量减少，同时脱
附量渐渐增多，最终达到一个动态平衡。
图２　舟形藻生长曲线
Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　Ｎａｖｉｃｕｌａ
２．３　铜绿假单胞菌在３１６Ｌ不锈钢表面的附着力
的变化过程
原子力显微镜观察附着力试验结果表明，不同
时间内Ｐ．ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ　ＰＡＯ１菌株在３１６Ｌ不锈钢表
面的附着力不同。由表１可见，附着力先增大后减
小，最后又增大到最大值。这可能与Ｐ．ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ
ＰＡＯ１的活性变化及其分泌物有关，结合Ｐ．ａｅｒｕｇｉ－
ｎｏｓａ　ＰＡＯ１的生长周期可以看出，在２４ｈ内细菌处
于对数增长期，繁殖迅速，细菌在试片表面附着形成
菌落，故而在四种试片表面第一天时的附着力相对
于其空白试样附着力都会增加，这表明了Ｐ．ａｅｒｕｇｉ－
ｎｏｓａ　ＰＡＯ１在试片表面的有效附着。随后，细菌活
性下降，对试片表面的附着减弱。但是在１１ｄ的
ＡＦＭ 附着力增大到最大值，说明 ＰＡＯ１细菌在
３１６Ｌ不锈钢表面已经形成稳定的生物膜。
表１　ＰＡＯ１细菌在１，４，１１ｄ时在不锈钢试片
表面的附着力（ｎＮ）
Ｔａｂ．１　Ｔｈｅ　ａｄｈｅｓｉｏｎ　ｆｏｒｃｅ（ｎＮ）ｏｆ　ＰＡＯ１ｏｎ　３１６Ｌｓｔａｉｎｌｅｓｓ
ｓｔｅｅｌ　ａｆｔｅｒ　１ｄ，４ｄ，１１ｄ
时间／ｄ　 ０　 １　 ４　 １１
附着力／ｎＮ　 ３．０１０　 ６．３２７　 ３．２１９　 １７．６２４
鉴于细菌在３１６Ｌ不锈钢表面的附着力在１１ｄ
达到最大，且已经形成稳定的生物膜，因此选择菌膜
形成１１ｄ时的试样与无菌膜的试样作对比，进行舟
形藻在试片表面的附着试验，试验结果见表２。
表２　舟形藻在３１６Ｌ表面的平均附着力
Ｔａｂ．２　Ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ａｄｈｅｓｉｖｅ　ｆｏｒｃｅ　ｏｆ　Ｎａｖｉｃｕｌａ
ｏｎ　３１６Ｌｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ
时间／ｄ 有菌膜／ｎＮ 无菌膜／ｎＮ
０　 １７．６２４　 ３．０１０
１　 １２．０２７　 ３．２０９
１０　 ２０．２８２　 ４．４７４
由表２可知，浸泡初期（１ｄ），有菌膜不锈钢表
面的附着力低于在无菌膜不锈钢，且显著低于未浸
入藻液时，这可能是因为菌膜表面物质与舟形藻间
的相互作用或进入新环境后菌膜的脱落造成了附着
力的降低。而浸泡后期（１０ｄ），有菌膜不锈钢表面
的附着力显著高于无菌膜不锈钢，相较于初始状态
也有一定升高，可见ＰＡＯ１菌膜的存在显著促进了
舟形藻的附着。
２．４　微生物附着的电化学分析结果
２．４．１开路电位
如图３所示，无藻无菌膜和有藻无菌膜体系的
开路电位初始值一致且明显正于有藻有菌膜的体
系。试验期间，无藻无菌体系的开路电位基本稳定，
仅在初始浸泡阶段有很小的波动，初始浸泡阶段２ｄ
内，开路电位发生了正移，由浸泡前的－０．２２８　７５Ｖ
升高到－０．１８０　６７Ｖ，正移了４８．０８ｍＶ，可能是由
·５０６·
管 方等：舟形藻在假单胞菌菌膜上的附着及对３１６Ｌ不锈钢腐蚀的影响
于不锈钢表面钝化膜的形成造成的。随后（浸泡
２～６ｄ），电极的开路电位又逐渐负移，第６天电极
的开路电位达到－０．３０８　７８Ｖ，负移１２８．１１ｍＶ，最
后开路电位稳定在－０．３１Ｖ附近。
图３　不同条件存在下的开路电位值
Ｆｉｇ．３　Ｔｈｅ　ｏｐｅｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｏｆ　３１６ＬＳＳ
ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
有藻无菌膜体系的开路电位呈现出较大的波
动，光滑的３１６Ｌ不锈钢电极在有舟形藻溶液的开
路电位明显比其在无舟形藻溶液中时更正，说明
３１６Ｌ不锈钢在舟形藻溶液中有更大的腐蚀倾向。
在有藻有菌膜的体系中，由于菌膜－硅藻－电极间复
杂的相互作用［１５］，使得开路电位极不稳定。在有舟
形藻的体系中，无论电极表面形成菌膜与否，其开路
电位变化趋势一致（如图３所示）：在刚浸没入培养
液一周内，舟形藻的新陈代谢处于增长期，在电极表
面的大量附着使３１６Ｌ不锈钢电极开路电位处于波
动状态；一周后舟形藻的新陈代谢最高峰结束，舟形
藻对电极开路电位的影响减弱，开路电位趋于稳定。
可以看出，不同体系中３１６Ｌ不锈钢电极的开
路电位变化不同，但在浸泡大约５～８ｄ后都趋于稳
定。稳定后，各体系间开路电位大小关系为无藻无
菌膜体系＞有藻有菌膜体系＞有藻无菌膜体系。这
说明，舟形藻的存在会增加３１６Ｌ不锈钢的腐蚀敏
感性，菌膜的形成则一定程度上降低了３１６Ｌ不锈
钢在舟形藻Ｎａｖｉｃｕｌａ溶液中的腐蚀敏感性。
２．４．２电化学阻抗谱
图４为光滑的３１６Ｌ不锈钢在ｆ／２培养液中不
同条件下的Ｎｙｑｕｉｓｔ图。在无藻无菌膜、有藻无菌膜
和有藻有菌膜三个体系中，３１６Ｌ不锈钢的容抗弧半
径在经历了５～７ｄ的迅速增大后趋于稳定。这与其
开路电位５～８ｄ后趋于稳定的变化特点相吻合。
　　　（ａ）　无藻无菌膜 （ｂ）　有藻无菌膜 （ｃ）　有藻有菌膜
图４　光滑的３１６Ｌ在无舟形藻的ｆ／２培养液中不同条件下的电化学阻抗谱
Ｆｉｇ．４　ＥＩＳ　ｏｆ　３１６ＬＳＳ　ｉｍｍｅｒｓｅｄ　ｉｎ　ｆ／２ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｉｍｅｓ
（ａ）　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ａｎｄ　ｂｉｏｆｉｌｍ　（ｂ）　ｗｉｔｈ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ｂｕｔ　ｎｏ　ｂｉｏｆｉｌｍ　（ｃ）　ｗｉｔｈ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ａｎｄ　ｂｉｏｆｉｌｍ
　　图５为３１６Ｌ不锈钢在ｆ／２培养液中不同条件
下的电化学阻抗谱等效电路拟合。图中，Ｒｓ表示溶
液电阻，Ｃｐ 表示腐蚀产物膜电容，Ｒｐ 表示腐蚀产物
膜电阻，Ｃｄｌ表示界面双电层电容，Ｒｃｔ表示电荷传递
电阻。相关电化学参数拟合结果见表３～表５。
　　由表３可知，在无藻无菌膜体系，对电阻起决定
作用的是电荷传递电阻。在有藻有菌膜和有藻无菌
膜体系中，出现了膜电阻。在刚开始浸泡１～２ｄ
内，有藻有菌膜的膜电阻远远大于有藻无菌膜的膜
电阻，这是因为在有藻有菌膜体系的电极表面附着
有稳定的菌膜。随后，有藻有菌膜体系中的伴随着
菌膜的脱落，而舟形藻尚未大量附着造成膜电阻的
迅速降低。有藻无菌膜体系中由于舟形藻在电极表
面的大量附着，膜电阻迅速增大并趋于稳定。一周
后有藻有菌膜体系中，舟形藻的大量附着使其膜电
阻增大并趋于稳定。这时两个体系中的膜电阻基本
相同。１０～１１ｄ时，由于培养液中营养物质的消
耗，附着的微藻开始大量脱落，膜电阻都急剧下降。
这与ＡＦＭ结果是相一致的。
２．４．３动电位极化曲线
图６为不同条件下的３１６Ｌ不锈钢在ｆ／２培养
液中的动电位极化曲线。可以看出，３１６Ｌ不锈钢在
含舟形藻培养液中的极化曲线阳极区斜率发生了明
显变化，说明舟形藻的存在改变了阳极表面的腐蚀
·６０６·
管 方等：舟形藻在假单胞菌菌膜上的附着及对３１６Ｌ不锈钢腐蚀的影响
（ａ）　无藻无菌膜
（ｂ）　有藻无菌膜
（ｃ）　有藻有菌膜
图５　３１６Ｌ不锈钢在ｆ／２培养液中不同条件下的
Ｎｙｑｕｉｓｔ图的等效电路拟合
Ｆｉｇ．５　Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔｏ　ｍｏｄｅｌ　ｔｈｅ　Ｎｙｑｕｉｓｔ　ｐａｔｔｅｒｎｓ
ｏｆ　３１６ＬＳＳ　ｉｍｍｅｒｓｅｄ　ｉｎ　ｆ／２ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｉｍｅｓ
（ａ）　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ａｎｄ　ｂｉｏｆｉｌｍ
（ｂ）　ｗｉｔｈ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ｂｕｔ　ｎｏ　ｂｉｏｆｉｌｍ
（ｃ）　ｗｉｔｈ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ａｎｄ　ｂｉｏｆｉｌｍ
表３　无藻无菌膜体系的模拟电路的
数据Ｒ｛Ｃ［Ｒ（ＣＲ）］｝
Ｔａｂ．３　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　３１６ＬＳＳ　ｗｉｔｈｏｕｔ
ｂｉｏｆｉｌｍ　ａｎｄ　Ｎａｖｉｃｕｌａ
ｔ
／ｄ
Ｒｓ
／（Ω·ｃｍ２）
Ｃｃｐ
／（Ｆ·ｃｍ－２）
Ｒｃｐ
／（Ω·ｃｍ２）
Ｃｄｌ
／（Ｆ·ｃｍ－２）
Ｒｃｔ
／（Ω·ｃｍ２）
０　 ０．４８９　６　 ２．４５４×１０－５　 ６１．２４　 ２．１８１×１０－５　 ７．３５×１０４
１　 ７２．７９　 ４．８５８×１０－５　 ２１　 ２．５０２×１０－５　 ７．４４８×１０４
４　 ８．４４２　 ４．６０１×１０－５　 ２１４．１　 ３．９６×１０－５　 ５．２８３×１０４
８　 ４７．０３　 ４．９６７×１０－５　 ８３７．８　 ３．１６９×１０－５　 ７．８９×１０４
１２　 ７．３６３　 ３．２４４×１０－５　 １２０．１　 ３．９１４×１０－５　 ６．６５６×１０４
过程。表６为三种体系的动电位极化参数。
由表６可见，在无藻无菌膜体系下随着时间的
增长，腐蚀电位Ｅｃｏｒｒ逐渐减小，腐蚀电流密度Ｊｃｏｒｒ先
增大后减小；在有藻无菌膜体系下随着时间增长，腐
蚀电位Ｅｃｏｒｒ逐渐减小；腐蚀电流密度Ｊｃｏｒｒ逐渐增大。
相较于无藻无菌膜体系，浸泡时间相同时，Ｅｃｏｒｒ更
负 ，Ｊｃｏｒｒ更大。说明舟形藻存在，促进了３１６ＬＳＳ在
表４　有藻无菌膜体系的模拟电路的数据
Ｒ（ＣＲ）（ＣＲ）
Ｔａｂ．４　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　３１６ＬＳＳ　ｗｉｔｈ
Ｎａｖｉｃｕｌａ　ｂｕｔ　ｎｏ　ｂｉｏｆｉｌｍ
ｔ
／ｄ
Ｒｓ
／（Ω·ｃｍ２）
Ｃｃｐ
／（Ｆ·ｃｍ－２）
Ｒｃｐ
／（Ω·ｃｍ２）
Ｃｄｌ
／（Ｆ·ｃｍ－２）
Ｒｃｔ
／（Ω·ｃｍ２）
０　 １３．４８　 ２．８０６×１０－５　 ２４３　 ３．６１×１０－５　 ７．４２５×１０４
１　 ６１．６３　 ４．４１×１０－５　 ４３４．１　 ３．９４３×１０－５　 ９．９０４×１０４
４　 ２０．０９　 ７．６１×１０－５　 １３１．６　 ７．１１４×１０－５　 ５．５３３×１０４
８　 １８．１９　 ５．０５３×１０－５　 １０４．４　 ５．８５６×１０－５　 ５．５７３×１０４
１２　 ７．４３　 ３．２３９×１０－５　 ０．６１９　７　 ５．３４７×１０－５　 ５．３９×１０４
表５　有藻有菌膜体系的模拟电路的数据
Ｒ［Ｃ｛Ｒ（ＣＲ）｝］
Ｔａｂ．５　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　３１６ＬＳＳ　ｗｉｔｈ
Ｎａｖｉｃｕｌａ　ａｎｄ　ｂｉｏｆｉｌｍ
ｔ
／ｄ
Ｒｓ
／（Ω·ｃｍ２）
Ｃｃｐ
／（Ｆ·ｃｍ－２）
Ｒｃｐ
／（Ω·ｃｍ２）
Ｃｄｌ
／（Ｆ·ｃｍ－２）
Ｒｃｔ
／（Ω·ｃｍ２）
０　 １３．３１　 ６．７６３×１０－６　 ２９３．８　 ３．７２２×１０－５　 ４．３３３×１０４
１　 ３．５９８　 ６．１１８×１０－６　 ２２０．１　 ３．２５１×１０－５　 ４．９８６×１０４
４　 ３．５６８　 ３．６７３×１０－５　 １９９．５　 ３．５８９×１０－５　 ５．７０９×１０４
８　 ６．５８９　 ３．１９２×１０－５　 １２３．２　 ３．９１４×１０－５　 ６．５８２×１０４
１２　 １１．６８　 ３．４２４×１０－５　 ２１７．３　 ３．６９７×１０－５　 ７．０５３×１０４
ｆ／２培养液中的腐蚀。
与前两个体系不同，在有藻有菌膜体系下随着
浸泡时间增加，Ｅｃｏｒｒ和Ｊｃｏｒｒ都呈现出较大的波动，且
Ｅｃｏｒｒ越负，相应的Ｊｃｏｒｒ越大。试验后期，该体系的
Ｊｃｏｒｒ小于有藻无菌膜体系，表明菌膜的存在，一定程
度上抑制了舟形藻对３１６Ｌ不锈钢的腐蚀。
３　结论
（１）原子力显微镜的附着力试验结果表明，菌
膜的存在促进了舟形藻的附着。舟形藻在固体表面
的附着与其生长周期呈现出一致性，说明舟形藻的
附着过程与舟形藻的新陈代谢密切相关。
（２）舟形藻的存在增加了３１６Ｌ不锈钢的腐蚀
倾向，而菌膜的存在一定程度上抑制了舟形藻对
３１６Ｌ不锈钢的腐蚀。
参考文献：
［１］　ＭＡＲＴＩＮＥＺ　Ｋ，ＦＥＲＲＥＲ　Ｉ，ＨＥＲＮＡＮＤＯ　Ｍ　Ｄ，ｅｔ　ａｌ．
Ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ　ｂｉｏｃｉｄｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｐａｎｉｓｈ　ｍｅｄｉ－
ｔｅｒｒａｎｅａｎ　ｍａｒｉｎｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｔｅｃｈ－
ｎｏｌｏｇｙ，２００１，２２（５）：５４３－５５２．
［２］　ＣＡＳＴＡＮＥＤＡ　Ｈ，ＢＥＮＥＴＴＯＮ　Ｘ　Ｄ．ＳＲＢ－ｂｉｏｆｉｌｍ　ｉｎ
ｆｌｕｅｎｃｅ　ｉｎ　ａｃｔｉｖｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｓｉｔｅｓ　ｆｏｒｍｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ－
·７０６·
管 方等：舟形藻在假单胞菌菌膜上的附着及对３１６Ｌ不锈钢腐蚀的影响
　　　（ａ）　无藻无菌膜 （ｂ）　有藻无菌膜 （ｃ）　有藻有菌膜
图６　不同菌膜体系下的动电位极化曲线
Ｆｉｇ．６　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　３１６ＬＳＳ　ｉｍｍｅｒｓｅｄ　ｉｎ　ｆ／２ｃｕｌｔｕｒｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓｃ
（ａ）　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ａｎｄ　ｂｉｏｆｉｌｍ　（ｂ）　ｗｉｔｈ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ｂｕｔ　ｎｏ　ｂｉｏｆｉｌｍ　（ｃ）　ｗｉｔｈ　ｎａｖｉｃｕｌａ　ａｎｄ　ｂｉｏｆｉｌｍ
表６　不同菌膜条件下３１６Ｌ不锈钢在ｆ／２培养液中的动电位极化参数
Ｔａｂ．６　Ｆｉｔｔｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅｓ　ｆｏｒ　３１６ＬＳＳ　ｉｎ　ｆ／２ｃｕｌｔｕｒｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
时间／ｄ
无藻无菌膜 有藻无菌膜 有藻有菌膜
Ｊｃｏｒｒ／（Ａ·ｃｍ－２） Ｅｃｏｒｒ／Ｖ　 Ｊｃｏｒｒ／（Ａ·ｃｍ－２） Ｅｃｏｒｒ／Ｖ　 Ｊｃｏｒｒ／（Ａ·ｃｍ－２） Ｅｃｏｒｒ／Ｖ
０　 １．９５７×１０－７ －０．２５９　 １．０９２　５×１０－７ －０．０３２　５４　 １．０３３　２×１０－７ －０．１３４　８
１　 ２．８６６×１０－７　 ０．０５８　 ６．７３７　８×１０－７ －０．４７１　５３　 ８．６０６　５×１０－７ －０．７３９　０９
４　 ９．２６８×１０－７ －０．１３１　 ６．５５０　４×１０－７ －０．５０５　７８　 ８．６０６　５×１０－７ －０．７３９　０９
８　 ２．４４１×１０－７ －０．２９２　 ８．２７０　６×１０－７ －０．５０５　７６　 １．０３３　２×１０－７ －０．１３４　８
１２　 ３．６６０×１０－７ －０．３３２　 ８．６０６　５×１０－７ －０．７３９　０９　 ７．２５１　８×１０－７ －０．６９０　２８
ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｗｈｅｎ　ｅｘｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｓｅａｗａｔｅｒ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００８，５０（４）：１１６９－
１１８３．
［３］　许昆明．海洋生物膜的形成及其对金属腐蚀的影响
［Ｊ］．海洋科学，２００８（９）：７１－７５．
［４］　ＣＨＡＭＢＥＲＳ　Ｌ　Ｄ，ＳＴＯＫＥＳ　Ｋ　Ｒ，ＷＡＬＳＨ　Ｆ　Ｃ，ｅｔ　ａｌ．
Ｍｏｄｅｒｎ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｔｏ　ｍａｒｉｎｅ　ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ　ｃｏａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．
Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，２０１（６）：３６４２－
３６５２．
［５］　ＤＥ　ＭＥＳＳＡＮＯ　Ｌ　Ｖ　Ｒ，ＳＡＴＨＬＥＲ　Ｌ，ＲＥＺＮＩＫ　Ｌ　Ｙ，ｅｔ
ａｌ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｂｉｏｆｏｕｌｉｎｇ　ｏｎ　ｌｏｃａｌｉｚｅｄ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ
ｔｈｅ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌｓ　ｎ０８９０４ａｎｄ　ｕｎｓ　ｓ３２７６０［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒ－
ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｂｉｏｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ　＆ Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ，２００９，６３
（５）：６０７－６１４．
［６］　ＳＣＡＲＤＩＮＯＣＡＲＤＩＮ　Ａ　Ｊ，ＤＥ　ＮＹＳ　Ｒ．Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ
ｍｏｄｅｌｓ　ａｎｄ　ｂｉｏｉｎｓｐｉｒｅｄ　ｓｕｒｆａｃｅｓ　ｆｏｒ　ｆｏｕｌｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．
Ｂｉｏｆｏｕｌｉｎｇ，２０１０，２７（１）：７３－８６．
［７］　ＰＥＴＲＯＮＥ　Ｌ，ＤＩ　Ｆ　Ａ，ＡＬＤＲＥＤ　Ｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ
ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｈａｒｇｅ　ａｎｄ　ｇｉｂｂｓ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｅｔｔｌｅ－
ｍｅｎｔ　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆ　ｂａｒｎａｃｌｅ　ｃｙｐｒｉｄｓ（ｂａｌａｎｕｓ　ａｍｐｈｉ－
ｔｒｉｔｅ）［Ｊ］．Ｂｉｏｆｏｕｌｉｎｇ，２０１１，２７（９）：１０４３－１０５５．
［８］　ＳＣＨＩＬＰ　Ｓ，ＫＵＥＬＬＥＲ　Ａ，ＲＯＳＥＮＨＡＨＮ　Ａ，ｅｔ　ａｌ．
Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｄｈｅｓｉｏｎ　ｏｆ　ａｌｇａｌ　ｃｅｌｓ　ｔｏ　ｈｅｘａ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ
ｇｌｙｃｏｌ）－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｅｄ　ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ｓｙｓ－
ｔｅｍａｔｉｃａｌｙ　ｃｈａｎｇｅｄ　ｗｅｔｔｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｉｎｔｅｒ－
ｐｈａｓｅｓ，２００７，２（４）：１４３－１５０．
［９］　付玉斌．细菌生物膜与海洋附着生物之间的生化作用
［Ｊ］．材料开发与应用，１９９９（３）：３９－４１．
［１０］　ＤＵＡＮ　Ｊ　Ｚ，ＷＵ　Ｓ　Ｒ，ＺＨＡＮＧ　Ｘ，ｅｔ　ａｌ．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ
ｃａｒｂｏｎ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ　ｂｙ　ａｎａｅｒｏｂｉｃ　ｂｉｏｆｉｌｍ　ｉｎ　ｎａｔｕｒａｌ
ｓｅａｗａｔｅｒ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ，２００８（５４）：２２－２８．
［１１］　ＧＡＷＮＥ　Ｂ，ＷＡＮＧ　Ｙ，ＨＯＡＧＬＡＮＤ　Ｋ　Ｄ，ｅｔ　ａｌ．
Ｒｏｌｅ　ｏｆ　ｂａｃｔｅｒｉａ　ａｎｄ　ｂａｃｔｅｒｉａｌ　ｅｘｏｐｏｌｙｍｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｔ－
ｔａｃｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｃｈｎａｎｔｈｅｓ　ｌｏｎｇｉｐｅｓ （ｂａｃｉｌａｒｉｏｐｈｙｅａｅ）
［Ｊ］．Ｂｉｏｆｏｕｌｉｎｇ，１９９８，１３（２）：１３７－１５６．
［１２］　ＪＯＩＮＴ　Ｉ，ＣＡＬＬＯＷ　Ｍ　Ｅ，ＣＡＬＬＯＷ　Ｊ　Ａ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｅ
ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｎｔｅｒｏｍｏｒｐｈａ　ｚｏｏｓｐｏｒｅｓ　ｔｏ　ａ　ｂａｃｔｅｒｉａｌ
ｂｉｏｆｉｌｍ　ａｓｓｅｍｂｌａｇｅ［Ｊ］．Ｂｉｏｆｏｕｌｉｎｇ，２０００，１６（２／４）：
１５１－１５８．
［１３］　ＷＥＴＨＥＲＢＥＥ　Ｒ，ＬＩＮＤ　Ｊ　Ｌ，ＢＵＲＫＥ　Ｊ，ｅｔ　ａｌ．Ｍｉｎｉ－
ｒｅｖｉｅｗ－ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｋｉｓｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｉｎｉ－
ｔｉａｌ　ａｄｈｅｓｉｏｎ　ｂｙ　ｒａｐｉｄ　ｄｉａｔｏｍｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｃｏｌ－
ｏｇｙ，１９９８，３４：９－１５．
［１４］　高运华，李建军．微生物粘膜对海洋大型污损生物附
着的影响［Ｊ］．材料开发与应用，１９９９（４）：１９－２１，４１．
［１５］　罗岳平，李益健，谭智群．细菌和藻类的粘附行为及
其生态学意义［Ｊ］．生态学杂志，１９９６（５）：５５－６１．
·８０６·
管 方等：舟形藻在假单胞菌菌膜上的附着及对３１６Ｌ不锈钢腐蚀的影响