基于细胞外电子传递的微生物腐蚀机制

细胞外电子传递是当前微生物腐蚀研究的前沿和核心领域，其核心在于微生物能够将金属作为直接的电子供体或受体，通过电化学方式主动获取能量，从而显著加速腐蚀过程[6]。根据电子传递路径的不同，EET 机制主要可分为直接电子传递（Direct Electron Transfer， DET）、间接电子传递（Mediated Electron Transfer，MET）以及氢气介导的电子传递，如图 1 所示[68-69]。

DET 依赖微生物外膜细胞色素（如 Geobacter 的 OmcS、Shewanella 的 MtrCAB 复合物）或导电纳米线，通过物理接触直接从金属表面摄取电子[6]。基因水平研究严格证实了敲除 Geobacter sulfurreducens的 多血红素外膜 c 型细胞色素或导电纳米线基因，会显著削弱其从 Fe0 获取电子的能力[41,44]。

MET 则不要求微生物与金属表面直接接触，微生物通过分泌的电子载体（如核黄素、吩嗪）或利用外源性电子载体实现电子传递。分子水平证据表明，敲除铜绿假单胞菌的吩嗪合成基因（如 phzH 和 phzM）后，其无法产生吩嗪-1-羧酰胺等电子载体，腐蚀活性会大幅降低[68-69]。此外，外源性添加核黄素被证实可以显著加速脱硫弧菌生物膜对 304 不锈钢的腐蚀速率，证明了电子载体在促进微生物腐蚀中的关键作用[28]。

氢气介导的电子传递可被视为一种特殊的 MET，在此机制中，金属腐蚀过程中阳极反应释放的氢气充当了关键的电子载体。某些微生物，如硫酸盐还原菌和产甲烷古菌，具有高效的氢化酶，可以消耗金属表面的H2，从而持续拉动阴极析氢反应，促进金属的阳极溶解[70-71]。近年来的研究对 H2 的作用提供了更精细的视角，研究表明模式硫酸盐还原菌Desulfovibrio vulgaris 在腐蚀碳钢时，H2 是其从铁获取电子的主要中间体，其腐蚀行为更符合氢消耗模型，而非严格的直接EET[33]。