馆藏文物表面常见微生物种类及生物劣化机理

覃丹 陈美均 唐欢

（馆藏文物有害生物控制研究国家文物局重点科研基地、重庆中国三峡博物馆，重庆 400015）

0 引言

文物是人类文明发展历史进程中政治、经济、科技、文化艺术等发展状况的重要记载，具有极高的价值和历史文化意义。但随着岁月流逝，文物本身材料的组成、结构、性能等受到一系列物理、化学、生物劣化，使文物遭受不同程度的损坏①。微生物病害是造成文物生物劣化损害的主要因素之一，有关微生物对各类文物的损害受到了广泛关注②，对于微生物病害的长效防控也是文物保护领域长久以来面临的重大难题。

近年来，大量文物微生物防治工作得以有效开展，但多数文物的有害微生物防治研究工作更集中关注自然环境中受损的不可移动文物，馆藏文物的有害微生物防治工作容易被忽视，当前该领域的研究工作开展的深度和有效性均十分有限，造成了大量被收藏起来的馆藏文物出现“二次损毁”。因此，深入解析不同类型馆藏文物中有害微生物的种群特征，阐明其对不同文物的损伤机理，对我国馆藏文物有害微生物的针对性和高效性防治具有重大的科学意义。据此，本文系统地综述了馆藏文物中常见的有害微生物种类，分析了有害微生物对不同馆藏类型文物的损害机制，以期能够揭示不同类型馆藏文物的有害微生物研究现状，为我国馆藏文物的有害微生物防治提供理论基础。

1 馆藏文物表面常见微生物种类

1.1 真菌

真菌是馆藏文物有害微生物中最主要的优势群落，由于其强大的生物降解能力而成为不同微生物类群分析中的研究焦点。真菌分布极为广泛，种类繁多，约有4万种，由菌丝与孢子组成，菌丝的作用是吸收营养，孢子的作用是繁殖下一代。真菌生命力顽强，真菌孢子具备耐受恶劣环境、发育和繁殖速度快等特点③。通常，真菌生长需要满足两个条件：一是充足的营养成分，二是适宜的温度和湿度。其中，真菌对于生长环境的湿度最为敏感，当湿度在85%-100%范围内，真菌代谢繁殖旺盛；湿度为38%-40%范围内，真菌孢子将处于休眠状态但仍可成活。因此生长环境中的水分决定了真菌的生命力顽强程度，在水分极度缺乏的条件下，大部分真菌的生长都会受到显著的抑制④。菌丝在生长过程中，可以穿透文物本体材质造成文物的物理损伤，代谢产生酸类物质和色素类物质，造成文物的化学损伤和霉斑污染，严重破坏文物的美学价值。

由此可见，真菌是一类大量存在于多种馆藏文物中的有害微生物类群。本课题组长期从事馆藏文物表面真菌的分离、鉴定与保藏，发现不同种类的馆藏文物表面存在的真菌类群主要隶属于子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）。其中以青霉属（Penicillium sp.）、曲霉属（Aspergillus sp.）、木霉属（Trichoderma sp.）、镰刀菌属（Fusarium sp.）、毛壳菌属（Chaetomium sp.）和枝孢属（Acremonium sp.）为主要代表。本文对目前已经报道过的馆藏文物表面分离获得的真菌类群进行了整理和汇总，如表1所示。

表1 常见馆藏文物表面真菌种类

1.2 细菌

除了真菌外，细菌也是造成馆藏文物损毁的另一大类的微生物。细菌是一类单细胞生物体，在自然界中广泛分布，生长繁殖速度快，能够耐受多种极端环境（包括极端温度和氧气含量等）且具有多种代谢方式。细菌主要通过分泌有机质酸对文物产生腐蚀作用，破坏文物表面形貌；另外部分细菌产生的无机酸也能对文物造成影响⑤。馆藏的文物中常见的细菌主要属于变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinomycetes）、厚壁菌门（Firmicutes）和酸杆菌门（Acidobacteria）。

例如，都灵皇家博物馆收藏的达芬奇画上的细菌鉴定分析表明莫拉氏菌属（Moraxella sp.）、不动杆菌属（Acinetobacter sp.）、雷尔氏菌属（Ralstonia sp.）、伯克霍尔德菌属（Burkholderia sp.）和铜绿假单胞菌属（Cupriavidus sp.）是主要种属⑥。楚州博物馆藏《牧牛图》轴的表面细菌分离鉴定结果分析显示微球菌属（Micrococcus sp.）、芽孢杆菌属（Bacillus sp.）、葡萄球菌属（Staphylococcus sp.）和假单胞菌属（Pseudomonas sp.）等是主要的细菌类群⑦。本文对目前已经报道过的馆藏文物表面分离获得的细菌类群进行了整理和汇总，如表2所示。

表2 常见馆藏文物表面细菌种类

2 微生物对不同馆藏类型文物的损伤机制

微生物是影响馆藏文物的重要因素，而不同类型的文物由于其本身组成的化学性质及物理状态的差异，从而造成了不同类型的微生物损害。因此，解析不同种类的微生物对不同类型的文物的损害机制是对文物针对性修复和预防保护的前提和基础。

2.1 纸质文物和纺织品文物

我国纸质文物数量庞大，在各类馆藏文物中占比极重。与其他文物相比，纸质文物由于自身机理和环境影响等因素，兼具珍贵性、脆弱性和敏感性等特点。由于纸张的这些特性，纸质文物的真菌病害尤其严重。被真菌污染过的地方，真菌会代谢分泌有机酸，导致纸质文物出现酸老化和严重脆化⑧。同时，真菌会分泌色素，导致文物表面出现各种颜色的霉斑，严重影响纸质文物的美观。

纺织品文物包括植物纤维类和动物纤维类，植物纤维的主要成分为氨基酸、木质素，动物纤维主要成分是蛋白质。这些重要成分都是细菌和霉菌的良好的营养来源，因此易受到细菌、霉菌的污染，使纺织品的性能和结构受到严重影响⑨。此外，相关研究表明霉菌能够在3个月内毁坏纸质纤维的10%-60%，由于纸的纤维素被破坏，而引起纸的机械强度降低⑩。其中芽孢杆菌属（Bacillus sp.）、微球菌属（Micrococcus sp.）、假单胞菌属（Pseudomonas sp.）和葡萄球菌属（Staphylococcus sp.）等细菌，以及根霉属（Rhizopus sp.）、耙齿菌属（Irpex sp.）、裂褶菌属（Schizophyllum sp.）、蜡质菌属（Ceriporia sp.）和腐霉菌属（Microdochium sp.）等真菌是造成馆藏纸质和纺织品文物损毁的主要微生物类群。

2.2 木质文物

通常木材由管胞细胞组成，该细胞的细胞壁由许多细小的纤维丝组成，而在外层的初生壁中微纤维丝无规则地排列着，内层组成次生壁，它的主要化学成分为纤维素、木脂素、半纤维素、浸提物等。由于水解作用，木材中的一些可溶性组分如单宁会溶解于水而流失，构成木材基本的成分多糖链或多肽，由于微生物的作用，多糖链会被逐步分解成水和二氧化碳，并造成木质文物的腐烂。木质文物被腐蚀、降解后，化学成分与显微结构发生显著性的变化，许多较细的纤维组织消失了，木质的强度大大丧失[11]。

以微生物对木质文物中纤维素的分解为例，细菌中的好气性噬纤维菌（Sporocytophaga sp.）、厌气性的梭菌（Clostridium sp.）、纤维单胞菌属（Cellulomonas sp.）、纤维弧菌属（Cellvibrio sp.），真菌中的木霉属（Trichoderma sp.）、曲霉属（Aspergillus sp.）、青霉属（Penicillium sp.）、蜡伞属（Hygrophorus sp.）、奇果菌属（Grifola sp.），放线菌中的链霉菌（Streptomyces sp.）等，均能分泌纤维素酶进而分解纤维素，使木材中的全纤维素和木质素遭受到破坏并造成木质文物的损毁。

2.3 皮革蛋白类文物

蛋白类文物是对丝、毛、皮革和犀角等富含蛋白质成分的一类文物的统称，该类文物极易被微生物污染而引起文物材料的生物劣化。

例如，丝和毛中的蛋白质纤维会在微生物分泌的蛋白酶作用下，发生水解，产生氨基酸等物质。氨基酸经过微生物的进一步分解，脱氨、脱酸以后，生产饱和或不饱和脂肪酸、酮酸、羧酸、醇、硫醇类物质以及胺、二氧化碳、氨气、硫化氢、吲哚及甲基吲哚等，从而造成文物表面光泽度和强度显著降低。霉菌对皮革的侵蚀作用除了上述过程以外，还可以产生脂肪酶作用于皮革中的油脂而发生水解，生成脂肪酸和甘油，而甘油不稳定，极易被其他微生物水解。皮革类文物中的油脂被水解破坏后，其强度、延伸率、耐水性能均显著下降，并且在空气中氧的作用下产生酸败的刺激性气味[12]。目前，在皮革蛋白类文物表面发现的霉菌种类主要有烟管菌（Bjerkandera adusta）、红色篮状菌（Talaromyces ruber）和鲜红青霉（Penicillium chermesinum）等。

2.4 金属、石质和陶瓷类文物

许多研究表明微生物的繁殖活动也是造成金属、石质和陶瓷器类文物发生劣化的原因之一。对于馆藏的金属文物而言，金属文物表面粗糙，多褶皱，易吸附一些灰尘和水蒸气，为微生物的生长提供了营养物质，微生物的繁殖，一方面产生大量的有机酸类代谢物对金属造成腐蚀，另一方面一些特殊的硫酸盐还原细菌和厌氧菌能够将金属表面的硫酸盐类物质进行还原而生长，引起金属腐蚀[13]。对于馆藏的石质和陶瓷类文物，微生物通过生命体的附着、覆盖、剥离和穿插等机械活动，从而对石质品和陶瓷的物理特性（色彩、密度）产生显著的影响[14]。

此外，微生物在石质文物表面的代谢还能够对磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐、硫化物和氧化物等矿物产生溶解作用，使一些重要元素（铝、硅、铁、锰、镁、钾、钙、锑、钠）从矿物中溶出并为自身吸收利用。研究表明，微生物对石质文物的生化劣化作用可分为6种不同类型：包括酶解作用、碱解作用、酸解作用、胞外聚合物作用、生物膜作用以及氧化还原作用[15]。其中去磺弧菌（Desulfovibrio desulfuricans）、氧化铁杆菌（Ferrobacillus ferrooxidant）、氧化铁硫杆菌（Thiobacillusthio oxidant）、纤毛菌（Leptotrichia trevisan）和硝化小球菌（Micrococcus nitreri）、铜绿假单胞菌、金黄葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和青铜小单胞菌（Micromonospora chalcea）等是导致金属、石质和陶瓷器类文物腐蚀的主要微生物。

3 总结与展望

馆藏文物微生物研究的主要目的是为了鉴定和判断它们的生物劣化能力和损害机理，并通过采取措施减少其对馆藏文物造成的破坏。本综述介绍并举例论证了馆藏文物表面常见微生物种类及生物劣化机理，但这些研究还不足阐明我国不同类型文物表面的微生物群落特征，且微生物对文物的生物劣化机理仅停留在生理生化层面，常见的微生物类群的生物劣化能力没有得到充分的论证。目前，许多生命科学研究技术，如分子生物学、高通量测序、代谢组学、蛋白质组学等技术已经在该领域得到一定的应用。充分利用这些技术，不仅可以充分解析危害文物的微生物种群特征，还可以借助各种组学分析深入研究微生物对不同材质文物的腐蚀降解机理，从而为下一步的防治技术和文物保护提供坚实的理论基础。

因此，在今后的研究中如何从微生物对馆藏文物危害状况的实际现状出发，采用最新的分析检测技术、机理解析以及防治手段，阻止或减缓文物因各种微生物病害所导致的病害，有效延长文物的“寿命”，是当前研究馆藏文物微生物病害防治和保护的关键科学问题，具有重要的理论和现实意义。

注释

①②何静，凌雪，薄颖悦.文物保护中微生物技术的应用述略[J].西部考古，2014（00）：221-229.

③④邢来君，李明春，喻其林.普通真菌学（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2022.

⑤Abdulla H，May E，Bahgat M，Dewedar A.Characterisation of actinomycetes isolated from ancient stone and their potential for deterioration[J].Polish Journal of Microbiology，2008（3）：213-220.

⑥Pinar G，Sclocchi MC，Pinzari F，et al.The Microbiome of Leonardo da Vinci´s Drawings: A Bio-Archive of Their History[J].Frontiers in Microbiology，2020（11）：593401.

⑦张诺，徐森.馆藏清代《牧牛图》轴的微生物病害研究[J].文物保护与考古科学，2020（1）：77-83.

⑧⑨⑩郑晓霞，张诺，胡南.纸质文物上的“寄居者”[J].南京工业大学学报（自然科学版），2018（1）：101-105.

[11]刘亮.出土饱水木质文物的微生物腐蚀及防腐措施[J].中国文物科学研究，2014（4）：83-85.

[12]武望婷.博物馆微生物检测与防治[M].北京：北京燕山出版社，2016：11-12.

[13]张孝绒，郝新本.微生物对金属文物的腐蚀作用[J].文博，1998（2）：91-92，53.

[14][15]张国勇，张欣，王欢.浅析石质文物微生物病害的清洗[J].邢台学院学报，2013（1）：20-24.