饱水古木材的防霉剂筛选研究

王亚丽

木材作为有机质材料，主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，这些成分是微生物生长、繁殖所需要的营养料，因此极易遭受微生物的影响而发生腐朽降解。潮湿的自然环境中，霉菌侵蚀是木材腐朽降解的主要因素之一，其代表性菌种有毛壳霉、多孔菌、毛霉、喙壳霉，青霉、曲霉、木霉等等，所以木材的防霉抑菌至今仍是文物保护的难题之一。饱水古木材，是指被考古学家发掘的不论尺寸、树种或年代，其内部饱含水分的木材等1。虽然饱水古木材由于长期埋藏于水环境中，本身的物理化学结构已经发生了一些变化，但是仍然保持着木材的主要成分，微生物侵蚀仍然是其腐蚀劣化的主要因素之一2。尤其当其被发掘出来，暴露于陆地空气环境中后，环境因素发生剧烈变化，在高温高湿的陆地环境中更易遭受霉菌侵蚀，因此在考古发掘现场，饱水古木材的防霉处理是首先要考虑的一项重要工作，而关于防霉剂的选用更是防霉保护的关键之一。

本研究通过采用不同防霉剂对考古发掘的饱水古木材开展实验室防霉效果试验，并结合考古现场室外环境的防霉效果试验，筛选出防霉效果较好的防霉剂，以期为考古现场饱水古木材的防霉保护提供理论依据。

一、材料方法

（一） 实验材料

1、饱水古木材，取自“南海Ⅰ号”古沉船现场。

2、海水样品：从阳江海陵岛海滩上取海水。

3、防霉剂：硼酸硼砂、霉敌、异噻唑啉酮、达克宁、双乙酸钠、二癸基二甲基氯化铵，浓度见表1。

4、试剂: 马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基配制500ml，121℃高压灭菌后备用。

（二）实验室试验方法

1、取0.1g饱水古木材样品，用1ml无菌水浸泡，涡旋混匀后，将菌液稀释10倍，配制成10-2的菌种稀释液，备用。

2、防霉剂实验室抑制试验

（1）配置马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基，高压灭菌后，冷却至40℃左右，分别将2ml不同的防霉剂（表1）添加至20ml培养基中（实际是防霉剂又稀释了10倍），再加入1ml10-2菌液倒平板。涂布均匀后25℃培养，观察培养结果。每个实验处理二个重复。

（2）分别将表1不同的防霉剂2ml直接与1ml10-2菌液混合，至少保留时间30S，然后加入冷却至40℃左右的PDA培养基中混合后倒入平板中，25℃培养，观察培养结果。

表1 不同防霉剂的浓度

3、室外试验

（1）选取一段船木，长度约1.5米，用去离子水清洗干净表面的泥沙。用无纺布条将木段划分区域，每隔15cm为一区域，相邻区域间隔5cm，共划分7个区域，从右到左编号1-7，另有两块碎木编号8、9（图1）

图1 室外试验

表2 防霉试验处理方法

二、结果与分析

（一）实验室试验结果

添加不同防霉剂的菌液在25℃条件下分别培养2天和7天后，对培养基表面的菌落计数，试验结果见表3。

表3 不同防霉剂的抑菌实验结果

由培养2天的结果发现，在两种处理方式下，异噻唑啉酮和二癸基二甲基氯化铵均能抑制霉菌的生长，达克宁在处理②中也能抑菌。

培养7天后，继续观察培养结果显示，在两种处理方式下，异噻唑啉酮仍能抑制霉菌的生长，二癸基二甲基氯化铵在处理②中也仍能抑制霉菌生长。但含达克宁的处理②培养基中长出了菌落。

由以上结果可以看出，异噻唑啉酮的抑菌效果较好，在稀释10倍的浓度下即0.05%浓度也能抑菌。二癸基二甲基氯化铵抑菌效果次之，再次为达克宁。

（二）室外试验结果

室外试验中，现场环境的温度为25～30℃，相对湿度高达70%-90%，喷淋前木材表面均无类霉菌物质存在，经过1周喷淋实验后，对各区域表面进行观测，发现了变化，见表4。

表4 室 外试验结果

根据观测结果可看出，出现类霉菌物质的区域多为喷淋时较难接触到的木块侧面，或喷淋量较少的实验区域，且有些类霉菌物质接触水流后就会被水冲洗掉，因此霉菌的出现与喷淋量的多少有直接关系。

一周喷淋结果显示，仅对照（1、2号）的木材表面出现一点白色菌丝体，其他均还未有菌丝体出现，但2周后，1、2、3、6、7号区域均出现菌丝体。

从以上实验结果看出，4、5、8、9区域的抑菌剂的抑菌效果较好，这分别是0.02%霉敌、0.5%异噻唑啉酮、0.2%双乙酸钠、0.2%双乙酸钠。

（三）分析讨论

从一万多年前新石器时代最简单的干燥腌制食物保存，发展到现在使用各种化学防霉剂，人类已经发展出来很多种的防霉杀菌方法，但归总起来，主要有三大类：物理方法、化学方法和生物方法。通常使用的物理方法是通过高温、干燥、电子射线、电磁波等来灭菌防霉；化学方法为使用氧化还原性或非氧化还原性化学品破坏微生物的蛋白或核酸、电子传递链等达到杀菌的目的；生物方法为营养源的控制、抗生素类物质的使用等，这三种方法均在不同行业领域得以应用。在文物保护方面，常用对文物影响最小的方法来防霉，一般的抑菌防霉常常采用物理方法，即控制环境条件。霉菌的适宜生长温度一般为25～30℃，适宜湿度为80～90﹪，如果温度控制在20℃以下，相对湿度在60﹪以下，则文物发生霉害的可能性极小。但由于在室外的考古发掘现场中，环境控制比较难，此时化学抗菌防霉成为主要的手段。化学防霉剂从最开始简单的无机盐食盐，发展到现在的有机杀菌，主要有季铵盐类、季、杂环类化合物、氯酚类、有机醛类、含氰类化合物、有机锡化合物、铜盐、天然杀菌剂、其他有机杀菌剂。在文物保护工作中，选用木材防霉剂及其溶剂，首先要考虑对文物的安全性，不影响文物本身材质；其次是高效性及低毒，对人及环境的安全性。另外，虽然在实际应用中已经使用了一些常规的防霉剂，但是不同文物、不同环境中，微生物的 菌群种类也是不同的，因此，在防霉剂使用前，要针对文物及环境的特点，对防霉剂进行筛选，选择出最佳的防霉剂浓度。

在本研究实验中，选用了文物保护工作曾使用过的硼酸硼砂、霉敌、异噻唑啉酮、达克宁、双乙酸钠、二癸基二甲基氯化铵这几种防霉剂3,4，5并针对饱水古木材的现场环境进行了筛选。几种防霉剂的特点见表5。

表5 防 霉剂的特性

表4中的防霉剂均为常用的、广谱灭菌、低毒的化学品，但是从培养基表面菌落形态发现，添加不同防霉剂的培养基中生长的菌落形态存在差异（图2）。由于试验是采用涂平板抑菌法，防霉剂能抑制的微生物菌种，培养基表面上不会生成菌落；反之，培养基上长出的菌落，就是不能抑制的菌种。图3中不添加防霉剂的培养基中形成的菌落形态比较多样，这说明饱水古木材表面或者内部中的微生物并不是单一的菌种，而是多种菌种组成的一个微生物群落。

添加霉敌、双乙酸钠以及硼酸硼砂培养基中的菌落形态比较相似，为淡黄色菌落，表面为白色菌丝体，偶有黑色霉菌落出现。说明这三种防霉剂对于这种白色菌丝体的霉菌都不能抑制。添加二癸基二甲基氯化铵的培养基中为黄色和白色菌落，黄色菌落中央出现白色。说明二癸基二甲基氯化铵能够抑制霉敌、双乙酸钠、硼酸硼砂培养基中所形成的那种白色菌种，而对这种黄色的菌种则不抑制。添加达克宁的培养基中的菌落开始为黄色慢慢变为蓝色，表面菌丝体由白色慢慢变为蓝色，说明达克宁抑菌的类群与以上几种存在着差异。

添加0.05%异噻唑啉酮的培养基表面未有菌落，说明异噻唑啉酮在这几种防霉剂中抑菌效果最佳，对饱水古木材内的菌群抑菌效果明显，即使7天甚至至14天后，仍有抑菌效果。异噻唑啉酮为非氧化性杀菌剂，透过细胞膜和细胞壁进入菌体分子并与分子内含巯基的成分发生反应从而使细胞死亡4，对黑曲霉、桔青霉、木霉、球毛壳霉、拟青霉、腊叶芽肢霉抑菌效果比较强。胡东坡5研究饱水竹简防霉筛选试验中也同样发现0.5%异噻唑啉酮的抑菌效果较佳，说明异噻唑啉酮可以作为饱水古木材的防霉剂。

图2 菌落形态图

此外，由这几种防霉剂的抑菌结果还可看出，当单一防霉剂针对性较强的抑制杀灭某种菌种的时候，饱水古木材中的微生物种群会发生了变化，说明长期使用此种防霉剂，有可能出现耐受菌种，重新占据群落的优势地位。如达克宁抑菌的菌落形态与对照的菌落形态明显存在差异，可能是这种白蓝色的菌种并不是优势菌群，当达克宁抑制了种群中的优势菌种后，这种具有达克宁耐受性白蓝色的菌种占据了优势而显现出来。

实验室防霉试验是理想条件下的结果，培养基中生长的均是能培养的菌群，而自然界中可培养的微生物不到1%6，因此实验室培养实验存在着一定的局限性。自然界中的环境、营养等因素均不可控，微生物的种群会因环境变化而发生变化，因此室外防霉应用中需要考虑的因素比较多。在室外试验中，喷淋2周后，3、6、7号区域均出现菌丝体，这一方面与环境气温有关，现场环境温度为25～30℃，相对湿度高达70%-90%，利于霉菌生长；另一方面这些区域长期采用单一的防霉剂进行喷淋，霉菌产生了耐受性，或者霉菌菌群中对此浓度的抑菌剂产生了耐药性，抑菌效果开始降低。因此，为了达到最佳的防霉效果，可以考虑多种防霉剂复合使用，或者交叉使用几种防霉剂。

此外，防霉剂的使用方式也会影响最终的效果，实验室中的两种处理方式，处理①仅表面接触，处理②防霉剂与菌液混合，能够全面接触，也相当于提高了防霉剂的浓度，相对的防霉抑菌效果好。室外喷淋试验中，喷淋量多的区域霉菌出现的相对比较少，因此在实际应用中，防霉剂的使用应当全面渗透到木材内部，宜采用浸泡或者尽量全面喷淋的方式。

三、结论

饱水古木材一经发掘出来，首先要做好防霉保护工作，除尽量做好环境控制外，还要应用适当的、有针对性的防霉剂。本试验结果显示，0.05%异噻唑啉酮的抑菌效果较好，二癸基二甲基氯化铵抑菌效果次之，在实际应用中可以使用异噻唑啉酮进行防霉。但为了避免微生物产生耐药性，单一的防霉剂不能长期使用，可复合使用防霉剂，或者使用一段时间后交叉使用多种防霉剂，或者再重新筛选新的有效的防霉剂及抑菌浓度，这样才能达到抑菌防霉的最佳效果。

[1] 马菁毓译.饱水古木材的结构和降解过程[J].东南文化，2004,(1):91-96.

[2] 王亚丽. 利用扫描电镜研究“南澳Ⅰ号”出水古木材的降解[J].中南林业科技大学学报，2013，33(6): 48-54.

[3] 王丽琴 王蕙贞 宋迪生.新型防腐防霉剂在纺织品防腐中的应用（Ⅱ）[J].文物保护与考古科学，2001, 13(2)：26-29.

[4] 付忠叶 王庆 贾兰妮等。异噻唑啉酮衍生物近10年的制备和应用研究进展[J]. 材料导报，2012，26(5):291-296.

[5] 胡东波 宋少华 肖静华，长沙走马楼出土饱水竹简的防腐保存[J].文物保护与考古科学,2003，15(2)：14-19.

[6] Amann,Rl,W.Ludwing，K-H.Schleifer. Phylogenetic identification and in site dection of individual microbial cells without cultivation[J].Microbiol.Rev.