近日，先进金属材料及防护研究团队成功从我国东海分离出一株具有高效生物矿化能力的新型海洋菌株Exiguobacterium sp. 9-2，并揭示了三价铁离子（Fe³⁺） 在其中充当“催化剂”或“促进剂”的关键作用。这一发现不仅拓展了微生物矿化的作用机制，也为海洋工程防腐与裂缝修复提供了一种潜在的绿色、高效的生物修复新策略。

      海洋环境严酷，钢筋混凝土结构普遍存在腐蚀难题。微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术作为一种环境友好的修复手段受到广泛关注。然而，传统MICP研究多集中于土壤环境，针对海洋复杂环境高效、稳定矿化的微生物资源及机理研究相对匮乏。本研究报道了一株从东海洋泥（121.4°E, 30.0°N）中分离、鉴定的新型兼性海洋菌株Exiguobacterium sp. 9-2。研究发现，该菌株能够诱导并在TC4钛合金等材料表面形成厚度约100微米的碳酸钙矿化层。

      研究通过构建七种不同组分的培养基（Medium-1至Medium-7）进行对照试验，发现：只有在培养基中含有Fe³⁺时，菌株9-2才能有效诱导碳酸钙沉淀形成；反之，在不含Fe³⁺的培养基中，即便具备钙离子和碳酸根离子，也无碳酸钙沉淀信号产生。分析表明，该菌株的生长能略微提升培养环境pH值，但单纯的碱环境（pH提升至9.6）也不足以引发沉淀，证实了生物活性的不可或缺性。

      机制探究显示，Fe³⁺扮演了双重关键角色：一方面，它能刺激菌株分泌更多的胞外聚合物（EPS），尤其是结合态EPS中的蛋白质和多糖含量显著增加；另一方面，Fe³⁺离子能够通过螯合作用，聚集EPS等生物大分子。在碱性环境中，这些聚集的Fe-生物大分子复合体上的羧基、羟基等功能基团带负电，可以“富集”溶液中的钙离子和碳酸根离子，从而形成局部过饱和的微环境。最终，菌株-Fe-生物大分子复合体成为理想的成核位点，诱发碳酸钙初级晶核的形成与晶体生长，逐步堆叠形成最终以方解石为主要晶型的蜂窝状短棒结构矿化层。

      该研究系统阐明了Fe³⁺对微生物矿化的“促进”机制，为深入理解海洋环境中复杂离子交互对生物矿化的影响提供了全新视角。未来，以Exiguobacterium sp. 9-2为核心，结合铁离子的调控，有望发展为用于海工构筑物（如码头、桥墩、海上风电基础）基础加固与裂缝自修复的环保、长效生物修复技术，为海洋工程材料的防护和服役安全维护带来变革性潜力。

先进金属材料及防护研究团队 杨丽景