出品：科普我国

制作：韦博鑫 许进 孙成 （我国科学院金属研讨所）

监制：我国科学院计算机网络信息中心

从咱们一出世，体内就有很多的微生物，它们是咱们身体中非常复杂的一部分，时间与咱们互动，而咱们对它们却知之甚少。多年来，巨大、奥秘的微生物宗族，无时无刻不吸引着人们对它们进行探知、运用和对立。

那么，是不是全部微生物都对人类有利呢？答案或许是令人绝望的。

微生物——亦敌亦友的“奥秘力气”

作为地球上最陈旧的生物，微生物在自然界散布极广。无论是人迹罕至的南北极仍是环境严苛的沙漠，无论是奥秘的外太空仍是深邃的海底世界，都有它们的脚印。微生物关于人类来说用处极大，人们运用微生物来出产抗菌素、抗生素等药品，协助人类对立疾病；运用微生物来出产饮料，啤酒，肥料和杀虫剂等产品，以服务群众；乃至还能够运用微生物出产出电池所需求的燃料，处理动力缺少。

可是，微生物并没有咱们幻想的那么友爱，在服务人类的一起，它也“吃”掉了咱们的GDP。

奥秘的微生物（图片

正在“吃掉”人类GDP微生物

并不是全部的微生物都对人类有利。当微生物遇到钢材时，就会产生异常的“电火花”，使得管道、桥梁和船只等遭到严峻腐蚀——即“微生物腐蚀（MIC）”。咱们先看三个比如：

2000年，韩国石油天然气公司一条X65输油管道产生腐蚀失效。查询发现管道外表覆盖着一层黑色沉淀物，滴加盐酸后散发出臭鸡蛋气味，标明腐蚀产品中含有硫化物。证明了埋地管线剥离涂层下遭到了土壤中硫酸盐复原菌（SRB）的腐蚀。硫酸盐复原菌（SRB）是一种广泛存在于土壤、海水、地下管道以及油气井等环境的厌氧细菌。很多研讨标明SRB的存在加快了钢的腐蚀。

同年，我国某型舰艇船底在下水后不到2年内船底就产生了多处的腐蚀穿孔。经检测舱内积水部位单位体积内SRB数量约是舱外海水的103-104倍，阐明SRB在舰船的舱底水中很多存在。

2003年，新疆一条X52钢输油管道产生爆管走漏事情。该管道曾多次产生内腐蚀穿孔走漏事端，但令人不解的是均产生在管道沿线崎岖管段。本来元凶巨恶便是“微生物”！事端终究查询结果以为，该管段崎岖较大，原油流量较低，管道低洼处有微量游离水或积水聚积，然后为微生物成长供给了环境，使得硫酸盐复原菌（SRB）很多繁衍导致管道部分腐蚀失效。

据世界腐蚀工程师协会（NACE）查询结果，2013年美国的腐蚀本钱现已到达2.5万亿美元，约占GDP的3.4%。而其间由微生物腐蚀构成的丢失约占20%[4]。可见，微生物现已在慢慢地吃掉咱们的“GDP”。

腐蚀严峻的管道（图片

扫描电镜下观察到的钢材上附着的微生物（图片

微生物腐蚀该怎么防治？

腐蚀是一种常见的自然现象。大多数的腐蚀都是物质与环境相互作用的电化学进程。那么微生物是怎样参加腐蚀进程的呢?

科学家研讨标明微生物参加腐蚀进程，金属外表会附着一层具有腐蚀才能的生物膜，在微生物体内生物酶的作用下，细菌将硫酸盐复原成硫离子，硫离子与腐蚀产生的铁离子进一步反响生成铁硫化物（反响1和2），然后参加并加快腐蚀进程。

现在，科学家关于微生物腐蚀的机理也有了开始知道，并提出了多种办法防治微生物腐蚀[1]。例如：

（1）外表技能：涂层作为一道屏障能够使金属外表润滑以削减微生物附着。现在研发抗生物污染的有机涂层，现已广泛地用于埋地管线、修建物外墙、海洋结构资料的防护；

（2）电化学保护：阴极保护能够使金属腐蚀进程的电子搬迁得到按捺，防止或削弱腐蚀的产生。因而能够选用更低的阴极保护电位来操控微生物引起的钢铁厌氧腐蚀，一起阴极保护与有机涂层联合运用也有用地弥补了有机涂层会产生降解的欠缺；

（3）生物按捺剂：现在选用杀菌剂注入工业水体系中，也能够作为防治细菌腐蚀的办法；

（4）实时监测：大多数的腐蚀都能够经过前期监测来采纳操控办法然后减缓腐蚀，防止事端产生。因而对腐蚀进程中微生物的成长，数量，生物膜的厚度等进行监测，也有助于咱们采纳操控办法。

经过上述事例，咱们看到微生物不容小觑的力气，只需了解微生物腐蚀，操控微生物腐蚀和运用微生物腐蚀，这样才能为工业配备保驾护航。微生物腐蚀的复杂性注定它是长期斗争的进程，国内外科学家们一直在举动，齐心协力和贡献才智。让咱们与微生物腐蚀宣战，反抗究竟！

参考文献：

[1]林建，朱国文，孙成，韩恩厚，高立群，张淑泉. 金属的微生物腐蚀 [J]. 腐蚀科学与防护技能, 2001, 13(5).

[2] 图片

[3] Sherar B W A , Power I M , Keech P G , et al. Characterizing the effect of carbon steel exposure in sulfide containing solutions to microbially induced corrosion [J]. Corrosion Science, 2011, 53(3).

[4] 黄烨, 刘双江, 姜成英. 微生物腐蚀及腐蚀机理研讨进展[J]. 微生物学通报, 2017(7).

一：微生物的动力物质微生物的养分要素:碳源.氮源.动力.成长因子.无机盐.水.
界说:凡能供给微生物养分所需碳元素的养分源.
碳源(carbonsource):有机碳源:淀粉.葡萄糖等,无机碳源:Na2CO3等.葡萄糖.乳糖的二次成长.
对异养微生物而言:碳源一起也是动力
界说:凡能供给微生物养分所需氮元素的养分源.
功用:氮源.一般不作动力.
氮源(nitrogensource):有机氮源:蛋白胨.黄豆粉.玉米浆,无机氮源:NH4NO3.(NH4)2SO4,速效氮源.迟效氮源.
从微生物所能运用的动力来看.有一个显着的边界.
不需求氨基酸作为氮源.它们能吧非氨基酸类的简略氮源(如尿素.铵盐.硝酸盐和氮气)自行组成所需求的全部氨基酸.含全部的动物和很多的异养微生物.
需求从外界吸收现成的氨基酸做氮源的微生物.含全部的绿色植物和多的种微生物.
(三)动力(energysource)
界说:能为微生物的生命取得供给开始能量来历的化学物质或辐射能.
化学能:有机物:化能异养微生物的动力
无机物:化能自养微生物的动力
异养微生物的碳源一起也是动力
辐射能:光能自养和光能异养微生物的动力
双功用:复原态无机养料.如NH4+既是硝酸细菌的动力.又是氮源
三功用:N·C·H·O类养分物质常是异养微生物的动力.碳源兼氮源
(四)成长因子(growthfactor)
一类对微生物正常代谢必不行少且又不能从简略的碳.氮源自行组成的所需极微量的有机物.
品种:维生素.氨基酸.核苷酸.叶酸等
培养基中成长因子来历:酵母膏.玉米浆.麦芽汁等(复合维生素).
所需浓度在10-3-10-4M的元素为很多元素
所需浓度在10-6-10-8M为微量元素.
首要功用:构成菌体成分,酶活性基组成或保持酶活性,调理渗透压.pH.Eh,化能自养微生物动力等.
无机盐:供给矿藏元素和微量元素.
存在状况:游离态(溶媒)和结合态(结构组成)
生理作用:组成成分,反响介质,物质运送媒体,热的良导体.
水是杰出的溶剂,生化反响在水中进行,水的比热大.
二：斯微生物股吧献爱心吧!

三：微生物在动力范畴的运用绿色动力远景在于成长周期短， 出油/出酒精多的植物、藻类等。
生物技能在动力开发上的运用
地球上亿年堆集的化石动力——石油、天然气、煤等，仅能支撑300年的大规划发掘就将面对干涸。假如按现有的发掘技能和接连不断地日夜耗费这些化石燃料的速度计算，煤、天然气和石油的有用年限分别是100—120年、30～50年和18～30年。明显21世纪所面对的严峻危机之一是动力问题。 动力分为不行再生动力和可再生动力。人们总算知道到，化石质料即煤、天然气和石油(包含核能)是不行再生动力，对它的运用不是无限的。可再生能是指太阳能、风能、地热能、生物能、海洋能和水能。现在，整个人类开展和工农业出产都离不开化石动力，人类应有备无患，运用现代科技开展生物动力，是处理未来动力问题的一条重要出路。 “万物成长靠太阳”，生物动力是从太阳能转化而来的，只需太阳不平息，生物动力就取之不尽。绿色植物可经过光合作用将吸收的二氧化碳和水组成为碳水化合物，进而将光能转化为化学能储存下来。能够说，绿色植物便是光能转化器和动力之源，碳水化合物是光能储藏库，构成一个物质的循环。油葵、油菜、大豆、海藻、地沟油能够提炼生物柴油，秸秆、玉米等能够出产燃料乙醇……。 生物动力是指从生物质得到的动力，是经过绿色植物、藻类和光合细菌的光合作用，捕获太阳能，经代谢转化，储存于生物质中的能量，是太阳能的有机储存，是可再生动力的重要组成部分。它是人类最早运用的动力，生物动力是一种可再生的清洁动力，开发和运用生物动力，契合可继续的科学开展观和循环经济的理念。肺胃生物质，是光能循环转化的载体，首要是指粮食以外的秸秆等木质纤维素类农林废弃物。现在，像作物秸秆、残枝枯叶、禽畜粪便这些日常日子中看似无用的东西，也有了用武之地。跟着生物科学的迅速开展，只需对这些废弃物加以处理，咱们就能从中发掘出一个规划惊人的“绿色油田”。 古人钻木取火、伐薪烧炭，实践上便是在运用生物动力。可是经过生物质直接焚烧取得能量是低效而不经济的。跟着工业革命的进程，化石动力的大规划运用，生物动力正逐渐代替以煤和石油天然气为代表的化石动力。现在的科技水平，现已让咱们有才能发掘出世物质所承载的光能，以其为质料出产对环境友爱的化工产品和绿色动力。
洁净新动力有绿色动力之称，它的最大特色是焚烧或运用后不构成环境污染，有利于保持生态平衡。开展洁净新动力是未来动力业建造的开展方向。这儿侧重介绍生物技能特别是微生物技能在开发洁净新动力方面的运用研讨所取得的作用。
一、开展新式燃料电池
燃料电池运用气体燃料（如氢、甲烷等）与氧气直接反响产生电能，其功率高、污染低，是一种很有出路的动力运用办法。传统燃料电池运用氢为燃料，而氢气不易制取又难以储存，致使燃料电池本钱居高不下，美国宾夕法尼亚大学研讨人员规划出以甲烷等碳氢化合物为燃料的新式电池，其本钱大大低于以氢为燃料的传统燃料电池。研讨人员曾尝试用廉价的有关碳氢化合物为燃料，但化学反响的“残渣”很简单积累在镍制的电池正极上导致断路，而运用铜和陶瓷的混合物制作电池正极，处理了“残渣”积累问题。新研发的燃料电池可用甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等5种碳氢化合物做燃料源，能够经过微生物发酵途径出产甲烷等碳氢化合物，成为研发新式燃料电池较为丰厚而广泛的质料来历。现在这种新式燃料电池的能量转化功率还较低，有待进一步研讨改善前进。
二、开发军民两用的生物动力
不管军用的武器如机动配备大部分，或是民用的轿车等交通工具均以汽油、柴油为燃料、若用氢气作燃料更为抱负，其特色：（1）洁净，不污染环境；（2）热功率高，约是汽油的3倍；（3）生物制取氢气有潜力。正因为如此，充分运用生物技能出产氢气将大有可为。如用一种红假单胞菌（rhodopseudomonassp）为出产菌，以淀粉为质料出产氢气取得杰出作用，每耗费1克淀粉可产氢气1毫升。用氢和其他少数燃料混合可代替汽油、柴油。乙醇也是一种洁净生物燃料，用处广泛，可用来代替汽油和柴油。日本、加拿大等国家用基因技能建构的“工程酵母”以其高产酶的生机，酶解纤维素制取乙醇；也有建构的“工程大肠杆菌”能将葡萄糖有用地转化成乙醇；这类乙醇均可代替汽油或柴油运用，随时为机动配备供给很多生物燃料。其实，产氢、产乙醇的生物不只有细菌或“工程菌”，并且某些藻类或其他微生物均有出产氢或乙醇的才能。美国加州大学等研讨人员发现一种叫莱因哈德衣藻（chlamydomonasreinhadtii）的绿藻（真核生物）具有继续很多产氢才能。关键在于操控其成长环境，从成长养分液中去除硫素，在此情况下藻体中止了光合作用、不产氧；在无氧条件下藻体有必要以其它途径产生腺茸三磷酸酯维所需求的能量，运用所储存的动力以完成其终究产氢的意图。一般说，这种天然藻产氢量很低，为此，一方面操控其成长所必需的或妨碍成长的关键因素；另一方面，选用分子遗传技能改造藻的特性，以前进其产氢才能。由此可见，充分运用各种生物开发军民两用的洁净生物动力是有潜力的。
三、微型绿藻是讨取氢能的最廉价途径
上面已说到绿藻和微生物资氢途径，这儿着重微型绿藻制取氢气的远景，科学家猜测，当石油和天然气耗尽时，氢气也许是一种较为抱负的动力。关键在于找到一种廉价产氢的办法。有专家以为，运用一般池塘绿藻的产氢才能或许是个最实践的挑选---经济实用，散布广。绿藻这种微型低等植物繁衍快，全世界处处都有它的散布，它在有水、阳光的条件下具有制作氢气的才能。在人工操控下可迫使绿藻按要求出产氢气，有实验研讨报告指出，一升绿藻培养液每小时可产氢3毫升，还需进一步前进产氢功率。留意两点：（1）运用基因工程技能改善这种产氢体系，有或许使氢气产值添加10倍或更高些；（2）细胞固定化技能的运用，有或许前进微型绿藻继续产氢才能。在德国、加拿大、日本等国家为完成“洁净氢动力”的开发方案，活跃树立“产氢藻类农场”，为完成氢动力规划出产做出巨大尽力。加拿大已建成每天出产液态氢10吨的工厂；日本把产氢藻和光合细菌的高效产氢列为研讨要点，将研发用于火箭发动机运用的冰糕状“脂膏氢”，以前进火箭发射推力。美国期望到2030年把氢动力作为美国一种首要动力。看来，微型绿藻和光合微生物出产氢动力将大有开发之势。
四、充分运用有机废物或有机废水为质料出产氢动力
日本勾栏大学研讨人员用日子废物制取氢气取得杰出作用，产率颇高，可将氢气不只直接作洁净动力运用，并且为燃料电池的开发供给优质质料，更为经济实用，具有潜在的开发优势。研讨人员选用一种厌氧性细菌即一种“梭菌”am21b菌株，与加水研碎的剩菜、鱼骨等日子废物混合在一起，于37℃下发酵出产氢气，所得实验结果标明，每1公斤日子废物可获49升氢气；制氢后所余下的日子废物呈糊状，无臭味，可进一步完成资源化，使之成为农田有机肥料如堆肥。据称，日本研讨人员为制取氢气的日子废物可循环运用，还研发新式“发酵设备”更有利于前进日子废物制氢效能。我国哈尔滨修建大学研讨人员已树立以厌气活性污泥为质料的有机废水经微生物发酵法出产氢的技能。有几个特色：（1）发酵法未选用纯菌种；（2）未用细胞固定化技能可继续产氢；（3）制氢体系工艺运转安稳；（4）所获氢的纯度高；（5）制取氢的产率比国外同类小实验高几十倍。现在已进入中试规划的接连产氢，其量可达每立方米产氢5.7立方米，纯度到达99％。有望进入工业化出产，为氢动力的开发供给一条可行的生物途径。
五、以co2废气为质料开发新动力
来历广泛的co2既是重要温室气体之一，也是化工质料，当co2的开释与吸收未到达动态平衡时必定给生态环境产生不良后果。为此，co2作为一类废气怎么进一步转化，完成资源化的研讨有侧重要意义。其间将其完成动力化是值得留意的研讨课题。至少可选用化学办法和生物办法使co2转化动力。
（一）、化学办法运用催化剂：用高效催化剂沸石，约99%的活性铝颗粒外表吸附铑、锰，按co2与氧的份额为1∶4,300℃、1个大气压条件下，至少90%的co2可转化为甲烷，若10个大气压时，其转化率可达100%。当然也有一个下降氢、铑的本钱问题。所取得的甲烷不只供给动力和化工质料，一起包含co2在内减轻温室效应产生带来优点。
（二）、生物办法运用藻类：前面已说到藻类特别是那些微型单胞藻不管是原核的或是真核的，它们是吸收co2进行光合作用出产绿色新动力最有用处径。很多微型藻增殖进程中充分运用co2，在光照条件下组成有机物将太阳能储存起来，其藻体生物量称得上是个巨大的“储能库”，因而，将其制作固体燃料或者说枯燥燃料是可行的，英国将它用于发电；也可用各类藻体包含海藻在内的生物量为质料，经过发酵途径制取甲烷及其它动力；微型藻细胞固定化接连产氢能也是可取的。正因为各种藻类所体现特定功用，既是“储能库”，又是“供能库”，从中可获取所需求的洁净动力。因而有专家估计，运用co2制作生物动力特别是氢能将是本世纪大有希望而较为抱负的动力供应。
六、微生物发酵出产乙醇大有可为
总归，上面说到的六个方面不管以何种方式取得各种不同的燃料或动力，作为一类不污染环境的一代洁净生物燃料或生物动力均有“绿色动力”之称，是未来动力建造的开展方向。现代文明前进，人类的生计与开展，迫切需求洁净新动力和无污染的生态环境，它们彼此之间是紧紧联络在一起的。能够意料，21世纪跟着各项建造的需求和科技前进，绿色动力必将得到进一步开展。