纸质档案的空间差异导致真菌群落不同演化——以福州、漳州和龙岩为例

摘  要：以福建省3个不同存放点（福州、漳州和龙岩）的纸质档案为研究对象，分析纸质档案的真菌群落。发现不论存放时间是否有差异，同一存放点的纸质档案破损程度较为相似，且真菌群落组成和多样性也较为相似。福州、龙岩和漳州3个存放点纸质档案破损程度差异较大，与存放时间没有直接关系，但真菌群落组成具有较大的空间差异。采用高通量测序的方法解析出曲霉菌和木霉菌是福建省纸质档案破损的主要真菌。本研究表明纸质档案破损的内在原因是空间差异导致真菌群落的不同演化。

关键词：纸质档案;真菌;存放时间;存放环境;破损

Abstract： The fungal communities in paper Archives from three different storage places （Fuzhou， Zhangzhou and Longyan） in Fujian Province were analyzed. The damage degree of paper Archives and the composition and diversity of fungal community in paper Archives from the same storage place was similar， regardless of the storage duration. The damage degree of paper Archives in Fuzhou， Longyan and Zhangzhou was different， which was not directly related to the storage duration， while the fungal community compositions were greatly and spatially different between each other. Further sequencing analysis showed that Aspergillus and Trichoderma were the main harmful fungi to the preservation of paper Archives in Fujian Province. This study shows that the underlying mechanism for the damage of paper Archives could be ascribed to the spatial differentiation of storage places， which lead to the differential fungal community compositions.

Keywords： Paper archives; Fungi; Storage duration; Storage surroundings; Damage

纸质档案保存面临诸多问题，除人为因素外，微生物作用是影響纸质档案保存的重要过程。[1]微生物，尤其是真菌可以在纸张表面生存，降解纤维素和胶质、破坏纸张结构、影响纸张质量和完整性，进而使纸张褪色，严重时甚至破裂成碎片，后期的补救和修复也难以恢复原貌，从而降低纸质档案的质量和使用寿命。此外，真菌还能分泌一些毒素，对档案管理人员的皮肤、呼吸道和血小板等身体部位的健康状况造成严重影响，甚至发生癌变。[2]因此，了解档案存放地点的真菌群落结构对纸质档案的保存有着重要作用。

纸质档案破损的内在原因仍不明确。尽管已有研究发现纸质档案的破损主要是由微生物引起，但关于纸质档案在不同保存环境下的微生物群落有何差异尚不清楚。另外，以往纸质档案的微生物群落研究主要采用培养基培养菌落的方法，虽简单易操作，能够获得目标微生物的具体数量，但是菌落的物种分类信息不齐全，且容易忽视含量较少的微生物。此外，绝大多数的微生物不可培养，利用培养基培养的方法可能忽略了部分有害微生物的种类和多样性信息。

随着分子生物学的发展，基于聚合酶链式反应（PCR）的高通量测序技术成为研究微生物群落更加可靠的手段，克服了传统方法的不足，可鉴定痕量的微生物，但该方法至今很少被运用于纸质档案的微生物研究中。[3]

空间差异的研究方法可为揭示档案破损与保护的内在原因提供有效依据。福建省位于我国东南沿海地区，靠近北回归线，受季风环流和地形的影响，属于亚热带季风气候。高温高湿的环境为真菌的生长提供了有利条件，可加快环境微生物的繁殖和代谢，降低纸张耐用性，使得纸质档案保存面临严峻的挑战。因此，本研究选取福建省福州市、漳州市和龙岩市3个具有气候过渡区特点的城市的纸质档案为研究对象，利用高通量测序，探析真菌群落组成和多样性对纸质档案保存的影响，解析可能危害纸质档案保存的主要真菌，为纸质档案的长期保存提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 实验设计与采样。根据气候特点不同，分别选取福州、漳州和龙岩3个城市作为研究地点。福州属典型的亚热带湿润季风气候，年平均气温为19.8 ℃，年平均降水量为1390 mm。最热月为7月—8月，平均气温为33～37 ℃，极端气温最高42.3 ℃，是中国四大火炉城市之一。

漳州属于南亚热带海洋季风气候，年平均气温为21.3 ℃，年平均降水量为1600 mm，夏季受台风影响大，易发生洪涝灾害与风暴潮。龙岩属于亚热带海洋性季风气候，年平均气温为20℃，年平均降水量为1720 mm。2018年6月，分别采集研究地点的纸质档案样品，每个采样点采集两个样品。福州市的样品采样于福州某大学档案馆木柜的20世纪50年代档案和铁皮柜的50年代档案，漳州市的样品采集于漳州市云霄县档案馆密集架上民国时期档案和20世纪50年代档案，龙岩市样品采样于龙岩永定区存放在木柜的20世纪70年代的档案和密集架20世纪90年代档案。这些纸质档案均出现了不同程度的破损。采样过程中用棉签小心收集纸质档案表面、缝隙处的颗粒物。

为防止微生物污染，采样过程用的棉签、手套和样品袋均已消毒灭菌。采集后的样品立即置于放有冰袋的保鲜盒内，寄往北京奥维森基因科技有限公司分析。

1.2 高通量测序与分析。北京奥维森基因科技有限公司对样品进行真菌ITS的高通量测序。

简要步骤如下：使用针对真菌ITS区的特异性引物ITS1和ITS2对真菌进行PCR扩增。扩增结束后，将PCR产物切胶纯化。然后，按照试剂盒标准操作步骤进行建库，质控后的数据最终利用Illumina Miseq测序平台进行测序。所有下机双端原始序列利用FLASH软件进行合并，然后进行后续序列分析。[4]检测含有嵌合体的序列，并删除无效序列。将筛选出的高质量序列按照97%的相似度划分最小分类单元（OTU），[5]挑选代表性序列，并与UNITE数据库比对，注释分类。

1.3 数据分析。对不同采样点的真菌群落进行分析，主要包括（1）种内多样性分析，分析指标包括查奥指数，观察物种指数和香农指数;（2）群落分布特征分析，分析方法采用偏最小二乘法判别分析;（3）群落组成及其相对百分比进行解析。数据分析在奥维森智能分析云平台完成。

2 结果与分析

2.1 纸质档案保存现状。福建省3个采样点的纸质档案样品基本信息如表1所示。档案存放时间跨度从民国时期到20世纪90年代，根据破损程度不同分为重度、中度和轻微破损。福州存放的纸质档案大部分破损严重，定义为重度破损;漳州存放的纸质档案大部分为轻微破损，小部分破损较为严重，定义为中度破损;龙岩存放的纸质档案大部分较为完整，只有少量轻微破损，定义为轻微破损。

同一采样点的纸质档案破损程度较为接近，但存放时间不尽一致，说明在外部环境相近的条件下，存放时间的差异可能不是纸质档案受损的主要因素。不同采样点纸质档案破损程度不一致，说明存放环境可能是档案受损的主要因素。由于微生物对环境具有很强的适应性，为研究真菌对不同环境的响应，需深入分析不同采样点的微生物信息。

2.2 纸质档案真菌种内多样性。通过分析真菌的种内多样性指数考察不同存放地点纸质档案的真菌多样性，分析指标包括查奥指数，观察物种指数和香农指数，结果如表2。

其中，查奥指数和物种指数代表物种数，香农指数代表群落多样性。总体上看，龙岩样品物种数最多，漳州样品多样性最高，福州样品物种数较多但多样性较低。具体上看，龙岩纸质档案真菌物种数量最多，福州次之，漳州最低。但从群落多样性看，漳州最高，龙岩次之，福州最低。福州样品破损最为严重且香农指数最低，较低的多样性对应真菌分布的不均匀，说明福州样品真菌分布比较单一;龙岩样品轻微破损且物种数最多，说明真菌种类丰富度可能是影响纸质档案保存的重要因素。对种内多样性的分析结果表明，纸质档案的保存是真菌丰富度和多样性共同作用的结果。

2.3 纸质档案真菌群落组成。为分析福建省3个采样点的真菌群落的差异，利用偏最小二乘法判别法（PLS-DA）对福建省3个采样点纸质档案的真菌群落结构分布进行二维排列（图1），发现福州、龙岩和漳州3个城市样品的真菌群落分别分布于不同的象限，说明不同城市间真菌群落均差异较大。

福州的2个样品存放时间相同，空间距离更为相近。龍岩和漳州的2个样品存放时间有较大差异，空间距离较福州远，但总体上同一城市的真菌群落可归为同一个簇。以上分析表明，相同存放地点的真菌群落结构较为相似，不同存放地点的真菌群落结构差异较大。结合不同城市档案保存的现状，分析空间地点环境的差异可能是真菌群落差异，进而导致档案不同程度破损的主要原因。

在属水平对不同存放点的纸质档案真菌群落进行鉴定，发现大部分为无法鉴定的真菌，说明纸质档案真菌群落组成较为复杂，需要深入研究。进一步提取对纸质档案损坏有害的微生物进行分析，结果如表3。

发现主要有害真菌为曲霉菌和木霉菌，另外还存在相对丰度较低的裂褶菌、银耳菌、白腐菌、篮状菌和掷孢酵母菌。福州样品可以检测到曲霉菌的相对丰度较高（16.02%），龙岩样品也能检测到一定数量的曲霉菌，达7.66%。漳州样品可以检测到相对较少的曲霉菌（3.73%），但木霉菌的相对丰度较高，达到14.91%。其余有害真菌的相对丰度均较低（<3%）。除了曲霉菌和木霉菌之外的其他有害真菌的分布情况为漳州高于龙岩高于福州，这从另一方面证明了生物多样性为漳州最高，龙岩次之，福州最低。

3 讨论

本研究选取存放时间跨度较大的样品，根据气候特点不同，研究具有空间差异的样品真菌群落，进而探讨纸质档案破损的内在原因。通过新一代高通量测序的方法对真菌群落进行分析，在一定程度上能够反映真菌在纸质档案长期保存过程中的基本分布情况，弥补了基于培养基培养方法的缺陷，有利于进行纸质档案真菌群落组成的研究。今后，高通量测序与传统培养基培养的方法相结合可能是研究纸质档案微生物群落组成的重要手段。

本研究中，福州的纸质档案受损最为严重，漳州次之，龙岩最轻。有害真菌一般在高温高湿的环境中滋生，也可以通过灰尘进行传播。[6]

本研究涉及的3个城市中，福州东临东海，地势西高东低，是典型的亚热带湿润季风气候，3月—4月是春雨季，阴雨绵绵，气温变化较大，冷热多变;5月—6月是梅雨季节;7月—8月受台风影响暴雨频繁;加之夏季极端高温和盆地地形，使得水汽和热量不易散失，年平均湿度达到77%，高温高湿为有害真菌的生长提供了有利的环境，因此尽管保存时间不是最久的，但纸质档案受损最为严重。

漳州地处平原，西北多山，东南滨海，夏季温度和湿度较福州较低。漳州的纸质档案存放时间比福州长，破损情况却没有福州严重，这也从另一方面说明了福州采样点的档案存放环境更有利于有害真菌滋长，更不利于纸质档案的保存。尽管龙岩年平均降水量高，但地处山区，海拔较高，距离沿海较远，不像漳州和福州6月—9月会受台风带来的暴雨影响，湿度低;全年气候温和，夏季平均气温较福州和漳州较低。另外，龙岩纸质档案真菌丰富度较高（表2），说明保存环境更为友好，不利于有害真菌的大量滋生，这可能是龙岩纸质档案较为完整的重要因素。环境，尤其是温度和湿度，可能是造成纸质档案破损的主导因素。另外，对真菌群落分布的研究也表明，相同采样点的真菌群落差异较小，而不同采样点之间差异较大（图1），这说明真菌的群落分布特点与环境密切相关。

不同储存地点的有害真菌群落组成存在差异，影响纸质档案的保存。福州样品可检测到丰度较高的曲霉菌（16.02%，表3）。曲霉菌是一种淀粉糖化菌，属于常见的淀粉分解菌，同时具有很强的胶质分解能力。淀粉是档案载体中最丰富的物质，糖在档案制成材料中也有一定含量，胶质是档案的重要黏合物之一。因此，对福州地区纸质档案的重要防护目标真菌应为曲霉菌，纸质档案的淀粉和胶质的使用和保护显得更为重要。曲霉菌。漳州样品也检测到一定丰度的曲霉菌（3.73%），另有较多的木霉菌（14.91%）（表3），因此漳州样品破损的主导真菌可能为木霉菌。另外也发现了少量的裂褶菌、银耳菌和白腐菌（表3）。木霉菌具有分解纤维素和胶质的作用，对漳州地区纸质档案的防护应该注重对木霉菌的防护，纤维素和胶质可能是重要的分解对象，同时注意多种真菌的交叉作用。龙岩样品破损较为轻微，检测出了一定丰度的曲霉菌（7.66%，表3）该丰度值低于福州市但高于漳州市，应引起重视。除曲霉菌和木霉菌之外，在3个采样点也检测出了少量的其他有害菌属，它们对纸质档案也具有一定的副作用。比如，裂褶菌含有较强活性的纤维素酶，能产生各种酸性物质（苹果酸、有机酸、吲哚乙酸），具有降解一系列有机物质的能力[7];银耳菌可与其他微生物共同作用，分解纤维素、木质素、淀粉等。白腐菌能分泌胞外氧化酶降解木质素和纤维素，可以促使木质腐烂成为淡色的海绵状团块。[8]掷孢酵母菌能进行脱氨作用，进而水解蛋白质，而档案的明胶部分含有丰富的蛋白质。这些真菌都能在一定程度上破坏纸质档案，需要引起注意。鉴于曲霉菌和木霉菌对福建省纸质档案的严重危害作用，未来的研究和纸质档案保存中应对其加以鉴别和重视，以确保降低纸质档案老化，促进长期保存。

尽管时间可能不是影响档案保存最主要的因素，但本研究尚无法证明更长的时间跨度下是否存在真菌群落演化的反馈，如笔者曾经对同一地点时间跨度达50年和80年的纸质档案的真菌进行研究，发现时间越久纸质档案的真菌群落越为复杂。[9]因此，在一定时间范围内，真菌的演化以环境差异为主，但超过一定时间后的主导因素还有待深入研究。以后的研究中需要探讨更长时间和更大空间尺度上的真菌群落演变规律。

4 总结与展望

本研究的主要結论为：（1）福建省纸质档案保存受地域和气候影响较大，距离沿海越近越容易破损，龙岩保存较为完好，漳州次之，福州破损最为严重;（2）福建省纸质档案破损的主要真菌为曲霉菌和木霉菌，同时伴随其他丰度较低的有害真菌;（3）相同存放地点的真菌群落结构较为相似，不同存放地点真菌群落差异较大，空间差异导致的环境差异可能是驱动真菌群落不同的主导因素。

基于以上研究，为了降低纸张老化和档案破损程度，延长纸质档案使用寿命，提出以下建议：（1）优化纸质档案存放地点。选择档案库房建设地址之前应对环境进行调查，尽量选择受沿海气候影响较小的场所，远离潮湿的地形，同时要避免阳光直射。（2）提前或定期开展档案室环境微生物的检测工作。选择有害真菌较少的地点进行档案保存，针对特定的有害真菌进行物理或者化学处理。（3）改进纸质档案载体材料。在材料方面使用难分解的新型胶质或可替代黏合剂。（4）调控档案保存环境，优化环境条件，控温控湿，抑制有害真菌生长和代谢。在特殊时期用特殊办法，比如全年最高温的7月、8月应通过开空调降温、在3月—6月的雨季应使用专业除湿机进行除湿或者远红外线干燥法等方法进行有效控制。（5）档案库房应加强日常管理，档案入库前，应进行严格的消毒;库房应保持清洁，定期投放五氯苯酚钠、香叶醇长效抗霉灵等防霉剂，必要时采取消毒灭菌措施。

参考文献：

[1]李能树，尹慧道，徐丽，戴旸，魏魏.档案馆库房中微生物的研究[J].生物学杂志，2005（04）：41-43.

[2]王宁娟，张立志，王金翠.档案库房空气中微生物生长情况初探[J].中国微生态学杂志，2007（01）：99.

[3] [9]陈惠琼.纸质档案真菌群落分析——以80年和50年为例[J].档案学通讯，2018（05）：81-84.

[4]CAPORASO JG，KUCZYNSKI J，STOMBAUGH J，BITTINGER K，BUSHMAN FD，COSTELLO EK，FIERER N，PENA AG，GOODRICH JK，GORDON JI，HUTTLEY GA，KELLEY ST，KNIGHTS D，KOENIG JE，LEY RE，LOZUPONE CA，MCDONALD D，MUEGGE BD，PIRRUNG M，REEDER J，SEVINSKY JR，TURNBAUGH PJ，WALTERS WA，WIDMANN J，YATSUNENKO T，ZANEVELD J，KNIGHT R.QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data[J].Nature methods，2010，7（05）：335−336.

[5]EDGAR RC，HAAS BJ，CLEMENTE JC，QUINCE C，KNIGHT R.Uchime improves sensitivity and speed of chimera detection[J].Bioinformatics，2011，27（16）：2194-2200.

[6]张永进，王晓辉.高校档案馆纸质档案保存与保护方法研究与实践[J].兰台世界，2018（05）：55-57.

[7]GEISER DM，LOBUGLIO KF，GUEIDAN C.Pezizomycotina：Eurotiomycetes[M].Systematics and Evolution.Springer，Berlin，Heidelberg，2015：121−141.

[8]SAITTA A，BERNICCHIA A，GORJON SP，ALTOBELLI E，GRANITO VM，LOSI C，LUNGHINI D，MAGGI O，MEDARDI G，PADOVAN F，PECORARO L，VIZZINI A.PERSIANI，AM.Biodiversity of wood-decay fungi in Italy[J].Plant Biosystems，2011，145（04）：958−968.