石质文物的生物风化及其防治研究进展

石质文物的生物风化问题普遍存在,随着全球气候与环境变化加剧,其面临的生物风化挑战日趋严峻,防风化任务愈趋紧迫.本文综述了地衣类微生物介导的石材风化机理及其与气候环境因子间的关系,讨论了地衣的生物保护作用和地衣防治中生物杀灭剂的效力评价,并展望了该领域未来的研究方向.对地衣-岩石界面的大量研究表明,生物风化可主要归因于以菌丝穿透和草酸钙形成为代表的生物物理风化和生物化学风化;露天石质文物的生物风化与包括石材基质、周边环境及气候因素等在内的整个生态系统多种非生物条件息息相关;地衣对石材兼具生物风化作用和生物保护效应.在石质文物风化修复方面,应逐步改善文物赋存的环境条件,建立用于生物风化和杀灭效率评估的行业规范和国家标准等“通用语言”,推进石质文物的科学保护.     

敦煌莫高窟及周边环境拟步甲虫害调查研究

自2018年以来,每年春夏季在莫高窟窟区及周边荒漠都会出现大规模的拟步甲科昆虫活动,对壁画保存和游客参观造成了影响。为明确拟步甲虫害情况,采用样方法、陷阱法对该区域进行全面普查,以明确拟步甲虫害类型、分布、暴发特点以及对文化遗产的危害。结果表明,在莫高窟暴发的拟步甲科昆虫主要有4种：洛氏脊漠甲Pterocoma loczyi、克氏扁漠甲Sternotrigon kraatzi、三沟胸鳖甲Colposcelis trisulcata和光滑胖漠甲Trigonoscelis sublaevigata,优势种为洛氏脊漠甲。莫高窟约1/3的调查洞窟内有拟步甲活动,对起甲和酥碱壁画威胁较大;其主要取食白刺Nitraria tangutorum,危害荒漠植被。虫害暴发与区域降雨量增加和植物食源丰富相关;亟需采取有效防控措施,以确保文物及其赋存环境安全。本研究为莫高窟虫害的监测防治和文物保护提供了科学依据。     

麦积山石窟赋存环境中空气细菌的时空分布特征

【目的】空气微生物沉降及污染与文化遗产的微生物退化密切相关,本文对世界文化遗产地麦积山石窟赋存环境空气中细菌浓度和群落结构的季节性变化特征进行了系统研究,为石窟环境监测预警和文物预防性保护提供依据。【方法】利用生物气溶胶采样器,在2016年春、夏、秋和冬季分别采集空气样品;基于传统培养方法获得空气中细菌浓度及纯培养菌株;通过提取基因组DNA、扩增细菌16S rRNA、测序和系统发生树等分子技术研究细菌群落时空动态变化规律;结合环境监测数据,分析影响遗产地空气细菌变化的主要因素。【结果】监测期内,空气细菌浓度在(281.20–1409.20)CFU/m3之间,最高浓度出现在MJ4处的夏季,最低浓度出现在MJO处的春季;具有明显季节性变化特征,在空间层位分布上有所差异,但不显著(P0.05)。培养的细菌菌株经鉴定属于4个门11个属;芽孢杆菌属(Bacillus)、Paenarthrobacter、节杆菌属(Arthrobacter)、薄层菌属(Hymenobacter)和考克氏菌属(Kocuria)等为优势属。【结论】麦积山石窟空气细菌群落结构具有明显的季节性和空间分布动态变化特征;在石窟不同层位,空气中细菌群落分布与相对湿度、温度与降雨量相关;部分细菌种属如芽孢杆菌属、微球菌属(Micrococcus),为壁画及彩塑生物腐蚀的潜在病害菌;麦积山石窟及周边环境空气细菌的监测可为石窟保护和旅游开放管理提供重要参考。     

敦煌莫高窟第98窟壁画表面菌斑的群落结构分析

【目的】确定第98窟壁画表面白色污染物内微生物微观特征, 分析其群落组成、结构特点及诱发壁画病害微生物产生的因素, 为石窟寺保护和旅游管理提供建议。【方法】利用无菌手术刀收集壁画表面白色污染物样品; 利用扫描电子显微镜(SEM)分析样品中微生物体微观形貌; 通过提取样品总DNA、扩增细菌16S rDNA、构建克隆文库、测序和系统发生关系分析等技术研究壁画微生物群落组成与结构特点。【结果】壁画白色污染物中存在大量具有微生物特征的结构体, 形态多呈短杆状和卵圆形, 大小在 (3.0?5.5)?μm×(1.5?2.5) μm之间。共得到克隆文库序列111条, 主要为变形菌门γ-变形菌亚门肠杆菌科(Enterobacteriaceae)与假单孢菌科(Pseudomonadaceae)成员。群落组成和结构分析表明所得序列主要隶属于肠杆菌属(Enterobacter)、埃希菌属(Escherichia)、固氮菌属(Azotobacter)、沙雷氏菌属(Serratia)和克雷伯菌属(Klebsiella); 埃希菌属和肠杆菌属为优势属, 分别占克隆文库中总序列的46.8%和35.1%, 二者在自然界分布广泛, 大多属于人类致病菌。【结论】莫高窟第98窟壁画表面白色污染物主要为病害细菌生长所形成的菌斑群落集成。变形菌门在壁画细菌克隆文库中占绝对优势, 壁画病害微生物的出现和蔓延可能与该洞窟之前长期旅游开放存在一定关联。     

太原北齐徐显秀墓壁画可培养真菌多样性及危害防治

【背景】原址保护的墓葬壁画普遍存在着有害微生物的威胁,对壁画菌害的长效防治是文物保护领域久未解决的难题。【目的】确定太原北齐徐显秀墓墓道霉变壁画上可培养真菌多样性,分离优势菌株,并筛选长效的生物杀灭剂,为墓葬壁画菌害的抢救性防治提供科学依据。【方法】利用无菌棉签采集壁画表面白色菌丝体样品,使用扫描电子显微镜分析病害菌微观形貌特征;通过培养、分离及纯化获得真菌菌株,运用形态学和分子技术鉴定种属;结合实验室抑菌圈测试和原位杀菌试验,分析不同生物杀灭剂的抑菌圈大小、杀菌后原位可培养微生物浓度以及ATP荧光值差异,以期找到长效的生物杀灭剂。【结果】霉变壁画表面有大量菌丝体并伴有分生孢子,白色菌丝体样品中可培养真菌属于子囊菌门(Ascomycota)的6个属,其中白色侧齿霉菌(Parengyodontium album)相对丰度最高(98.13%),为优势病害菌。经实验室和原位试验筛选评估,确定了双氯酚复配型杀灭剂(0.5%双氯酚+75%乙醇)对该病害真菌杀灭效果最好,在7年连续监测期内未出现病害菌的复发。【结论】白色侧齿霉菌是引起徐显秀墓墓道壁画霉变的主要可培养病害菌;双氯酚复配型杀菌剂用于该病害菌防治的时效性最长;建议后期结合抢救性防治、环境调节和跟踪监测,以达到墓葬壁画微生物危害的长效防控。     

文化遗产微生物研究方法进展

文化遗产的生物退化与生物降解问题普遍存在。从方法学的角度回顾了针对不同类型文化遗产微生物病害与防治研究中常用的方法和技术,总结了国内外当前所取得的主要研究进展,提出了该领域研究中未来面临的问题和挑战,并展望了应对策略和今后发展趋势。文化遗产微生物研究方法经历了传统培养、显微镜分析、分子生物学技术、酶活性和代谢产物分析以及快速发展的多组学及生物信息学分析等多个阶段,在微生物多样性、群落特征、生理生态学及其退化机理方面的认识已逐渐深入,以文化遗产保护为目标的病害微生物防治技术不断发展。近年来通过新一代测序和宏基因组学技术获得了文化遗产微生物的诸多重要信息,但其作用机理和影响因素的研究还不够。本综述突出了结合传统与现代方法技术开展研究的重要性,旨在为文化遗产微生物学领域研究提供参考和借鉴。     

天梯山石窟壁画保存环境中空气细菌的季节性变化

【背景】微生物侵蚀是古代壁画常见生物病害,影响壁画的长久保存和安全陈展。空气微生物作为壁画病害菌的主要来源,近年在文物赋存环境监测和预防性保护中引起广泛重视。【目的】对天梯山石窟壁画的2处保存地,即天梯山原址和武威西夏博物馆壁画保存环境中的空气细菌浓度、群落结构及其季节变化规律进行分析。【方法】利用生物气溶胶采样器,在2016年春、夏、秋、冬4季分别采集各位点空气样品;基于传统培养方法获得空气中细菌浓度及纯培养菌株;通过提取细菌基因组DNA、扩增其16S rRNA基因、测序和系统发生关系分析等技术研究不同位点细菌群落时空动态变化规律;结合环境监测数据,分析影响文化遗产地空气细菌群落变化的主要因素。【结果】空气可培养细菌的总浓度在16.7-1 451.8 CFU/m3范围内变动。原址第18窟和第13窟,各季节细菌浓度无显著性差异,且呈明显季节性变动规律,总体特征为夏秋季低,冬春季高。西夏博物馆外空气细菌浓度在各季节均高于库房内,冬季最高。本研究共鉴定出19个细菌属,隶属于4个门;其中不动杆菌属(Acinetobacter)、节杆菌属(Arthrobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)、考克氏菌属(Kocuria)、短波单胞菌属(Brevundimonas)、肉食杆菌属(Carnobacterium)、 Pseudoclavibacter和薄层菌属(Hymenobacter)为优势属。【结论】天梯山石窟空气细菌群落结构具有明显的时空分布特征;相对湿度、温度及季节性降水均会影响其变化;鉴定得到部分种属具备引起壁画生物腐蚀的潜势;本研究可为当地开展遗址和馆藏环境中文物预防性保护提供本底资料。     

白色侧齿霉菌在文物表面的生态适应及其防治研究进展

文物是人类历史的结晶,是不可再生、不可替代的资源。微生物广泛定殖于古代壁画、石质文物及其他类型文化遗产上并造成危害,其中优势病害真菌白色侧齿霉菌的分布尤为广泛,其可在多种文物和极端环境中生存,严重威胁着珍贵文化遗产的长久保存。白色侧齿霉菌的分类命名经历了几次变化,导致其对文物的影响尚未被特别关注。本文以白色侧齿霉菌为主线,梳理了其分类发展简史、分布范围、文化遗产类型偏好,分析了其生理、生化、生态特征及潜在的生物退化机制,提出了其可作为文化遗产微生物危害的指示物种,讨论了此类典型壁画微生物的防治对策,并展望了该领域未来的重点研究方向。