覃丹 陳美均 唐歡

（館藏文物有害生物控制研究國(guó)家文物局重點(diǎn)科研基地、重慶中國(guó)三峽博物館，重慶 400015）

0 引言

文物是人類文明發(fā)展歷史進(jìn)程中政治、經(jīng)濟(jì)、科技、文化藝術(shù)等發(fā)展?fàn)顩r的重要記載，具有極高的價(jià)值和歷史文化意義。但隨著歲月流逝，文物本身材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能等受到一系列物理、化學(xué)、生物劣化，使文物遭受不同程度的損壞①。微生物病害是造成文物生物劣化損害的主要因素之一，有關(guān)微生物對(duì)各類文物的損害受到了廣泛關(guān)注②，對(duì)于微生物病害的長(zhǎng)效防控也是文物保護(hù)領(lǐng)域長(zhǎng)久以來面臨的重大難題。

近年來，大量文物微生物防治工作得以有效開展，但多數(shù)文物的有害微生物防治研究工作更集中關(guān)注自然環(huán)境中受損的不可移動(dòng)文物，館藏文物的有害微生物防治工作容易被忽視，當(dāng)前該領(lǐng)域的研究工作開展的深度和有效性均十分有限，造成了大量被收藏起來的館藏文物出現(xiàn)“二次損毀”。因此，深入解析不同類型館藏文物中有害微生物的種群特征，闡明其對(duì)不同文物的損傷機(jī)理，對(duì)我國(guó)館藏文物有害微生物的針對(duì)性和高效性防治具有重大的科學(xué)意義。據(jù)此，本文系統(tǒng)地綜述了館藏文物中常見的有害微生物種類，分析了有害微生物對(duì)不同館藏類型文物的損害機(jī)制，以期能夠揭示不同類型館藏文物的有害微生物研究現(xiàn)狀，為我國(guó)館藏文物的有害微生物防治提供理論基礎(chǔ)。

1 館藏文物表面常見微生物種類

1.1 真菌

真菌是館藏文物有害微生物中最主要的優(yōu)勢(shì)群落，由于其強(qiáng)大的生物降解能力而成為不同微生物類群分析中的研究焦點(diǎn)。真菌分布極為廣泛，種類繁多，約有4萬種，由菌絲與孢子組成，菌絲的作用是吸收營(yíng)養(yǎng)，孢子的作用是繁殖下一代。真菌生命力頑強(qiáng)，真菌孢子具備耐受惡劣環(huán)境、發(fā)育和繁殖速度快等特點(diǎn)③。通常，真菌生長(zhǎng)需要滿足兩個(gè)條件：一是充足的營(yíng)養(yǎng)成分，二是適宜的溫度和濕度。其中，真菌對(duì)于生長(zhǎng)環(huán)境的濕度最為敏感，當(dāng)濕度在85%-100%范圍內(nèi)，真菌代謝繁殖旺盛；濕度為38%-40%范圍內(nèi)，真菌孢子將處于休眠狀態(tài)但仍可成活。因此生長(zhǎng)環(huán)境中的水分決定了真菌的生命力頑強(qiáng)程度，在水分極度缺乏的條件下，大部分真菌的生長(zhǎng)都會(huì)受到顯著的抑制④。菌絲在生長(zhǎng)過程中，可以穿透文物本體材質(zhì)造成文物的物理損傷，代謝產(chǎn)生酸類物質(zhì)和色素類物質(zhì)，造成文物的化學(xué)損傷和霉斑污染，嚴(yán)重破壞文物的美學(xué)價(jià)值。

由此可見，真菌是一類大量存在于多種館藏文物中的有害微生物類群。本課題組長(zhǎng)期從事館藏文物表面真菌的分離、鑒定與保藏，發(fā)現(xiàn)不同種類的館藏文物表面存在的真菌類群主要隸屬于子囊菌門（Ascomycota）和擔(dān)子菌門（Basidiomycota）。其中以青霉屬（Penicillium sp.）、曲霉屬（Aspergillus sp.）、木霉屬（Trichoderma sp.）、鐮刀菌屬（Fusarium sp.）、毛殼菌屬（Chaetomium sp.）和枝孢屬（Acremonium sp.）為主要代表。本文對(duì)目前已經(jīng)報(bào)道過的館藏文物表面分離獲得的真菌類群進(jìn)行了整理和匯總，如表1所示。

表1 常見館藏文物表面真菌種類

1.2 細(xì)菌

除了真菌外，細(xì)菌也是造成館藏文物損毀的另一大類的微生物。細(xì)菌是一類單細(xì)胞生物體，在自然界中廣泛分布，生長(zhǎng)繁殖速度快，能夠耐受多種極端環(huán)境（包括極端溫度和氧氣含量等）且具有多種代謝方式。細(xì)菌主要通過分泌有機(jī)質(zhì)酸對(duì)文物產(chǎn)生腐蝕作用，破壞文物表面形貌；另外部分細(xì)菌產(chǎn)生的無機(jī)酸也能對(duì)文物造成影響⑤。館藏的文物中常見的細(xì)菌主要屬于變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinomycetes）、厚壁菌門（Firmicutes）和酸桿菌門（Acidobacteria）。

例如，都靈皇家博物館收藏的達(dá)芬奇畫上的細(xì)菌鑒定分析表明莫拉氏菌屬（Moraxella sp.）、不動(dòng)桿菌屬（Acinetobacter sp.）、雷爾氏菌屬（Ralstonia sp.）、伯克霍爾德菌屬（Burkholderia sp.）和銅綠假單胞菌屬（Cupriavidus sp.）是主要種屬⑥。楚州博物館藏《牧牛圖》軸的表面細(xì)菌分離鑒定結(jié)果分析顯示微球菌屬（Micrococcus sp.）、芽孢桿菌屬（Bacillus sp.）、葡萄球菌屬（Staphylococcus sp.）和假單胞菌屬（Pseudomonas sp.）等是主要的細(xì)菌類群⑦。本文對(duì)目前已經(jīng)報(bào)道過的館藏文物表面分離獲得的細(xì)菌類群進(jìn)行了整理和匯總，如表2所示。

表2 常見館藏文物表面細(xì)菌種類

2 微生物對(duì)不同館藏類型文物的損傷機(jī)制

微生物是影響?zhàn)^藏文物的重要因素，而不同類型的文物由于其本身組成的化學(xué)性質(zhì)及物理狀態(tài)的差異，從而造成了不同類型的微生物損害。因此，解析不同種類的微生物對(duì)不同類型的文物的損害機(jī)制是對(duì)文物針對(duì)性修復(fù)和預(yù)防保護(hù)的前提和基礎(chǔ)。

2.1 紙質(zhì)文物和紡織品文物

我國(guó)紙質(zhì)文物數(shù)量龐大，在各類館藏文物中占比極重。與其他文物相比，紙質(zhì)文物由于自身機(jī)理和環(huán)境影響等因素，兼具珍貴性、脆弱性和敏感性等特點(diǎn)。由于紙張的這些特性，紙質(zhì)文物的真菌病害尤其嚴(yán)重。被真菌污染過的地方，真菌會(huì)代謝分泌有機(jī)酸，導(dǎo)致紙質(zhì)文物出現(xiàn)酸老化和嚴(yán)重脆化⑧。同時(shí)，真菌會(huì)分泌色素，導(dǎo)致文物表面出現(xiàn)各種顏色的霉斑，嚴(yán)重影響紙質(zhì)文物的美觀。

紡織品文物包括植物纖維類和動(dòng)物纖維類，植物纖維的主要成分為氨基酸、木質(zhì)素，動(dòng)物纖維主要成分是蛋白質(zhì)。這些重要成分都是細(xì)菌和霉菌的良好的營(yíng)養(yǎng)來源，因此易受到細(xì)菌、霉菌的污染，使紡織品的性能和結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重影響⑨。此外，相關(guān)研究表明霉菌能夠在3個(gè)月內(nèi)毀壞紙質(zhì)纖維的10%-60%，由于紙的纖維素被破壞，而引起紙的機(jī)械強(qiáng)度降低⑩。其中芽孢桿菌屬（Bacillus sp.）、微球菌屬（Micrococcus sp.）、假單胞菌屬（Pseudomonas sp.）和葡萄球菌屬（Staphylococcus sp.）等細(xì)菌，以及根霉屬（Rhizopus sp.）、耙齒菌屬（Irpex sp.）、裂褶菌屬（Schizophyllum sp.）、蠟質(zhì)菌屬（Ceriporia sp.）和腐霉菌屬（Microdochium sp.）等真菌是造成館藏紙質(zhì)和紡織品文物損毀的主要微生物類群。

2.2 木質(zhì)文物

通常木材由管胞細(xì)胞組成，該細(xì)胞的細(xì)胞壁由許多細(xì)小的纖維絲組成，而在外層的初生壁中微纖維絲無規(guī)則地排列著，內(nèi)層組成次生壁，它的主要化學(xué)成分為纖維素、木脂素、半纖維素、浸提物等。由于水解作用，木材中的一些可溶性組分如單寧會(huì)溶解于水而流失，構(gòu)成木材基本的成分多糖鏈或多肽，由于微生物的作用，多糖鏈會(huì)被逐步分解成水和二氧化碳，并造成木質(zhì)文物的腐爛。木質(zhì)文物被腐蝕、降解后，化學(xué)成分與顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著性的變化，許多較細(xì)的纖維組織消失了，木質(zhì)的強(qiáng)度大大喪失[11]。

以微生物對(duì)木質(zhì)文物中纖維素的分解為例，細(xì)菌中的好氣性噬纖維菌（Sporocytophaga sp.）、厭氣性的梭菌（Clostridium sp.）、纖維單胞菌屬（Cellulomonas sp.）、纖維弧菌屬（Cellvibrio sp.），真菌中的木霉屬（Trichoderma sp.）、曲霉屬（Aspergillus sp.）、青霉屬（Penicillium sp.）、蠟傘屬（Hygrophorus sp.）、奇果菌屬（Grifola sp.），放線菌中的鏈霉菌（Streptomyces sp.）等，均能分泌纖維素酶進(jìn)而分解纖維素，使木材中的全纖維素和木質(zhì)素遭受到破壞并造成木質(zhì)文物的損毀。

2.3 皮革蛋白類文物

蛋白類文物是對(duì)絲、毛、皮革和犀角等富含蛋白質(zhì)成分的一類文物的統(tǒng)稱，該類文物極易被微生物污染而引起文物材料的生物劣化。

例如，絲和毛中的蛋白質(zhì)纖維會(huì)在微生物分泌的蛋白酶作用下，發(fā)生水解，產(chǎn)生氨基酸等物質(zhì)。氨基酸經(jīng)過微生物的進(jìn)一步分解，脫氨、脫酸以后，生產(chǎn)飽和或不飽和脂肪酸、酮酸、羧酸、醇、硫醇類物質(zhì)以及胺、二氧化碳、氨氣、硫化氫、吲哚及甲基吲哚等，從而造成文物表面光澤度和強(qiáng)度顯著降低。霉菌對(duì)皮革的侵蝕作用除了上述過程以外，還可以產(chǎn)生脂肪酶作用于皮革中的油脂而發(fā)生水解，生成脂肪酸和甘油，而甘油不穩(wěn)定，極易被其他微生物水解。皮革類文物中的油脂被水解破壞后，其強(qiáng)度、延伸率、耐水性能均顯著下降，并且在空氣中氧的作用下產(chǎn)生酸敗的刺激性氣味[12]。目前，在皮革蛋白類文物表面發(fā)現(xiàn)的霉菌種類主要有煙管菌（Bjerkandera adusta）、紅色籃狀菌（Talaromyces ruber）和鮮紅青霉（Penicillium chermesinum）等。

2.4 金屬、石質(zhì)和陶瓷類文物

許多研究表明微生物的繁殖活動(dòng)也是造成金屬、石質(zhì)和陶瓷器類文物發(fā)生劣化的原因之一。對(duì)于館藏的金屬文物而言，金屬文物表面粗糙，多褶皺，易吸附一些灰塵和水蒸氣，為微生物的生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，微生物的繁殖，一方面產(chǎn)生大量的有機(jī)酸類代謝物對(duì)金屬造成腐蝕，另一方面一些特殊的硫酸鹽還原細(xì)菌和厭氧菌能夠?qū)⒔饘俦砻娴牧蛩猁}類物質(zhì)進(jìn)行還原而生長(zhǎng)，引起金屬腐蝕[13]。對(duì)于館藏的石質(zhì)和陶瓷類文物，微生物通過生命體的附著、覆蓋、剝離和穿插等機(jī)械活動(dòng)，從而對(duì)石質(zhì)品和陶瓷的物理特性（色彩、密度）產(chǎn)生顯著的影響[14]。

此外，微生物在石質(zhì)文物表面的代謝還能夠?qū)α姿猁}、硅酸鹽、碳酸鹽、硫化物和氧化物等礦物產(chǎn)生溶解作用，使一些重要元素（鋁、硅、鐵、錳、鎂、鉀、鈣、銻、鈉）從礦物中溶出并為自身吸收利用。研究表明，微生物對(duì)石質(zhì)文物的生化劣化作用可分為6種不同類型：包括酶解作用、堿解作用、酸解作用、胞外聚合物作用、生物膜作用以及氧化還原作用[15]。其中去磺弧菌（Desulfovibrio desulfuricans）、氧化鐵桿菌（Ferrobacillus ferrooxidant）、氧化鐵硫桿菌（Thiobacillusthio oxidant）、纖毛菌（Leptotrichia trevisan）和硝化小球菌（Micrococcus nitreri）、銅綠假單胞菌、金黃葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和青銅小單胞菌（Micromonospora chalcea）等是導(dǎo)致金屬、石質(zhì)和陶瓷器類文物腐蝕的主要微生物。

3 總結(jié)與展望

館藏文物微生物研究的主要目的是為了鑒定和判斷它們的生物劣化能力和損害機(jī)理，并通過采取措施減少其對(duì)館藏文物造成的破壞。本綜述介紹并舉例論證了館藏文物表面常見微生物種類及生物劣化機(jī)理，但這些研究還不足闡明我國(guó)不同類型文物表面的微生物群落特征，且微生物對(duì)文物的生物劣化機(jī)理僅停留在生理生化層面，常見的微生物類群的生物劣化能力沒有得到充分的論證。目前，許多生命科學(xué)研究技術(shù)，如分子生物學(xué)、高通量測(cè)序、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等技術(shù)已經(jīng)在該領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用。充分利用這些技術(shù)，不僅可以充分解析危害文物的微生物種群特征，還可以借助各種組學(xué)分析深入研究微生物對(duì)不同材質(zhì)文物的腐蝕降解機(jī)理，從而為下一步的防治技術(shù)和文物保護(hù)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

因此，在今后的研究中如何從微生物對(duì)館藏文物危害狀況的實(shí)際現(xiàn)狀出發(fā)，采用最新的分析檢測(cè)技術(shù)、機(jī)理解析以及防治手段，阻止或減緩文物因各種微生物病害所導(dǎo)致的病害，有效延長(zhǎng)文物的“壽命”，是當(dāng)前研究館藏文物微生物病害防治和保護(hù)的關(guān)鍵科學(xué)問題，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

注釋

①②何靜，凌雪，薄穎悅.文物保護(hù)中微生物技術(shù)的應(yīng)用述略[J].西部考古，2014（00）：221-229.

③④邢來君，李明春，喻其林.普通真菌學(xué)（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張諾，徐森.館藏清代《牧牛圖》軸的微生物病害研究[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2020（1）：77-83.

⑧⑨⑩鄭曉霞，張諾，胡南.紙質(zhì)文物上的“寄居者”[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018（1）：101-105.

[11]劉亮.出土飽水木質(zhì)文物的微生物腐蝕及防腐措施[J].中國(guó)文物科學(xué)研究，2014（4）：83-85.

[12]武望婷.博物館微生物檢測(cè)與防治[M].北京：北京燕山出版社，2016：11-12.

[13]張孝絨，郝新本.微生物對(duì)金屬文物的腐蝕作用[J].文博，1998（2）：91-92，53.

[14][15]張國(guó)勇，張欣，王歡.淺析石質(zhì)文物微生物病害的清洗[J].邢臺(tái)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（1）：20-24.