莫高窟空气细菌多样性及壁画病害微生物研究

发布时间：2016-11-23 13:16

  本文关键词：莫高窟空气细菌多样性及壁画病害微生物研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《兰州大学》 2015年

莫高窟空气细菌多样性及壁画病害微生物研究

马燕天  

【摘要】：在人类进化的漫长历史中,人们靠着自身的勤劳和智慧不断的改善自己的生存环境,在这过程中生产并遗存了数量众多、内容丰富的文化遗产。这些珍贵的文物真实的反映了人类当时的聪明智慧与生存环境,具有重要的研究价值,是全人类的共同财富。然而,长期以来许多的文物遗产一直受到各种物理的、化学的和生物因素的腐蚀破坏,人们在文物保护研究中克服困难,取得了较大的成就,成功的保护了许多珍贵文物。近年来,生物因素逐渐受到人们的重视,生物腐蚀研究也成为文物保护领域的研究热点。任何生物的存活都需要从外界获取能源,就会不可避免的威胁到文化遗产的安全,而且生物体都不是孤立存在的,而是在一定的生态环境中与其他的生物及非生物体产生直接或者间接的联系,这就使得文化遗产生物腐蚀的研究比较困难,需要系统性的研究生物腐蚀的机理与对应的防治体系。敦煌莫高窟以其悠久的历史、丰富的文化内涵而享誉海外,其中丰富多彩的精美壁画和美轮美奂的塑像更是让人们叹为观止。但莫高窟存在病害仍然非常严重,包括长期的风沙侵蚀、盐害与生物腐蚀等。空气是微生物迁移的重要载体,能够运送各类微生物附着在壁画表面,这些微生物具有腐蚀破坏壁画的潜力。本实验首先选择莫高窟区典型的微环境作为采样点,监测这些环境中的微生物动态变化,同时考虑不同的管理措施和游客对空气微生物的影响,为洞窟保护与旅游管理提供参考。其次,为了分析壁画表面微生物的来源,从壁画的表面、内部和空气浮尘采样,分析其中的微生物群落特点,比较样品间的异同,建立空气微生物与壁画之间的联系。再次,由于壁画本身的性质不同,为了分析不同壁画表面微生物分布的特点,从酥碱壁画、不同颜料的壁画、不同历史年代的壁画上采样,以期获得较为详尽的微生物分布特点,为壁画保护的微生物研究奠定基础,为生物防治提供理论参考和科学依据。本研究的第一部分为敦煌莫高窟窟区空气细菌多样性研究,真菌多样性研究由其他人员负责,故本研究只就细菌研究部分论述。本实验中采用了国产的Andersen FA-1型空气微生物采样器采样,采样时间从2008年9月至2009年8月每月上旬采样一次,采样地点分别为完全开放参观的洞窟环境(0C),间接性开放的洞窟环境(SC),完全封闭保护的洞窟(CC)和窟外开放环境(OD)。本实验得到的结果如下：(1)莫高窟窟区空气中可培养细菌数量在(0.1-3.8)×103CFU/m3之间。莫高窟空气中可培养细菌的数量表现出明显的季节性变化,主要为夏、秋季高(5-10月),冬、春季低(11-4月)。(2)莫高窟的完全开放洞窟和完全封闭洞窟中空气可培养细菌的平均数量高于间接性开放洞窟和窟外检票入口处；空气中细菌微粒的主要直径分布在空气采样器的一级(8μm)、三级(2.1-3.3μm)、四级(3.3-4.7gm)和五级(1.0-2.0μm)。(3)本研究共得到了48种细菌的序列类型,隶属于19个不同的细菌属。优势类群及所占比例依次为詹森菌属(Janthinobacterium)14.91%、假单胞菌属(Pseudomonas)13.40%、芽孢杆菌属(Bacillus)11.25%、鞘胺醇单孢菌属(Sphingomonas)11.21%、微球菌属(Micrococcus)10.31%、微杆菌属(Micrdbacterium)6.92%、柄杆菌属(Caulobacter)6.31%及玫瑰单孢菌属(Roseomonas)5.85%。(4)各个细菌的种属在空气采样器中的截留直径差异较大,在采样器的各个级层中的分布具有特异性。如果从主要的优势种属来分析,采样器第一级主要为詹森菌属(Janthinobacterium)和芽孢杆菌属(Bacillus)；第二级层中主要为詹森菌属(Janthinobacterium)和假单孢菌属(Pseudomonas);在第三、四级层中的优势菌属比较相似,都为詹森菌属(Janthinobacterium)和假单胞菌属(Pseudomonas);在第五级主要为詹森菌属(Janthinobacterium);第六级层中的优势菌属为微球菌属(Micrococcus)。(5)环境温度(包括太阳辐射强度、地表温度、气温等参数)、相对湿度和人类活动(游客)是影响空气中可培养细菌数量和群落组成的主要因素。空气中细菌数量与温度、相对湿度、及游客数量之间存在明显的相关性；在窟外开放环境和一些体积较小的洞窟中,空气中可培养的细菌浓度与环境温度具有明显的正向相关性,而降雨和空气相对湿度则具有明显的负向相关性。游客数量对莫高窟空气中细菌的影响具有明显的阈值,超过阈值的游客数量会对空气细菌类群的数量和种类组成产生明显的影响。本研究的第二部分首先进行了壁画表面微生物来源的分析实验,实验分别从洞窟壁画跟部的灰尘、壁画颜料表面、壁画颜料脱落后的地仗层采样,分别代表了洞窟环境中空气中灰尘、壁画表面颜料和壁画基质材料,分析其中的微生物群落特点。实验结果发现,在壁画表面的微生物中,一部分来自于壁画材料本身,包括一些土壤中常见的微生物,如Paenibacillus、Tumebacillus、Halothermothrix、 Gracilimonas、Alternaria、Cladosporium等,另一部分则具有空气来源的背景,如Chaetomium、Trichococcus、Cryptococcus、Phoma等,表明空气微生物与壁画表面的微生物存在着直接的联系。本研究还对不同壁画表面的微生物进行了分析,包括了严重酥碱的壁画、不同颜色颜料壁画和不同历史年代的壁画。实验获得的结果如下：(1)在莫高窟壁画表面,普遍存在的细菌类群包括Alphaproteobacteria,Gammaproteobacterium, Bacillus,Planococcus;普遍存在的真菌包括Cladosporium,Penicillium。(2)在时间分布上,Thermoanaerobacteraceae和Gammaproteobacterium由远到近逐渐增多,而Alternaria逐渐减少。(3)在空间分布上,Azospirillum随着层位升高而增多,Filobasidiales,Eurotium, Aspergillus同样升高。(4)与壁画酥碱紧密相关的细菌包括Shigella, Peptostreptococcaceae,Shewanella和Aerococcus;真菌为Trichoderma。这些菌属与人类活动关系密切,Trichoderma为主要的植物病原菌。(5)不同颜料代表了不同的金属元素含量,以颜料表面生长的微生物类群数量表征金属颜料毒性,红色(Pb304)的生物毒性最大,黑色(Pb02)次之,蓝色(Cu2+)最弱。(6)莫高窟壁画中微生物以异养微生物为主,并不属于寡营养环境条件。壁画表面微生物群落的形成过程不依赖于自养微生物提供基础营养和生态位。(7)限制壁画表面微生物生长的关键因素是水分而不是有机质含量,因此微生物腐蚀壁画的机制不包括生物膜的形成。上述结果表明,莫高窟壁画上参与生物腐蚀的微生物来源广泛,种类较多,并且与壁画自身的性质紧密相关。空气微生物既是壁画微生物的来源之一,也是壁画微生物的归处之一,在洞窟环境中检测空气微生物可以监控壁画病害的发生,具有重要的预警作用。沙尘是空气微生物的主要载体,应当采用适宜的方式阻挡空气沙尘进入洞窟,但在空气质量良好的情况下需要打开洞窟,促进空气流通,有利于稀释洞窟内空气中的微生物。游客数量对空气微生物影响较大,应当根据不同洞窟的特点确定每个洞窟的游客承载量,限制游客数量,以维持洞窟中稳定的气候条件。本研究的初步成果将有利于莫高窟文物保护生物学研究的进步,并为开展进一步的深入研究奠定基础。

【关键词】：
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：K879.41;Q938
【目录】：

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