原文出自 Microorganisms 期刊

Zhang, Y.; Su, M.; Wu, F.; Gu, J.-D.; Li, J.; He, D.; Guo, Q.; Cui, H.; Zhang, Q.; Feng, H. Diversity and Composition of Culturable Microorganisms and Their Biodeterioration Potentials in the Sandstone of Beishiku Temple, China. Microorganisms 2023, 11, 429. https://doi.org/10.3390/microorganisms11020429 

研究背景

微生物侵蚀与文化遗产的生物风化密切相关，微生物的定殖与代谢生长会对石质文物的物理结构、化学组成或美学特征方面造成不可逆转的改变和损伤。北石窟寺是甘肃陇东地区现存规模最大的一处佛教寺院，距今有约 1500 年历史，具有极高的历史、艺术和科学价值。受长期日晒、雨淋、风吹等自然因素的影响，石质文物普遍存在裂隙、水盐运移、生物侵蚀等多种病害，文物风化问题严重，威胁到其长久保存，亟需开展相关研究。

基于此，兰州大学文物微生物学课题组在 Microorganisms 期刊发表了一篇关于砂岩文物可培养微生物组成及其生物降解潜力的文章。该文以北石窟寺不同位点生物膜样品和自然风化脱落样品为材料 (图 1)，利用可培养技术结合扫描电镜、能谱分析和 X 射线衍射，阐明了细菌和真菌群落的多样性和结构，并从色素沉淀、矿物溶解、有机酸代谢、生物矿化能力和杀菌剂敏感性等方面揭示了真菌菌株的生物降解潜力。

图 1. 北石窟寺采样点的相对位置。(a) 采样示意图；(b-d) 采样具体位点。绿色圆圈为生物膜样品；红色圆圈为风化颗粒样品。

研究过程与结果

1、可培养微生物的群落多样性、组成及其影响因素

北石窟寺生物风化区域不同研究位点的微生物群落多样性和组成存在差异。影响细菌、真菌浓度和多样性的主要环境因子是相对湿度、温度和pH，所分离的真菌菌株中存在能够引起生物侵蚀的病害菌和具有降解石质文物潜能的菌株，使得北石窟寺现阶段面临较大的生物风化问题。

2、可培养真菌的生物降解

真菌生物降解试验表明，分离菌株中分别有 4 株是色素生产菌，5 株能够代谢有机酸溶解碳酸盐。真菌对北石窟寺砂岩基质造成损伤可能是由于真菌代谢产物有机酸和色素引起。真菌色素会引起文化遗产表面美学损伤，产酸能够溶解砂岩材料中的主要成分破坏其物理和化学结构，加速砂岩文物的风化。

3、可培养真菌的生物矿化特性

真菌生物矿化实验表明产酸菌株能够沉淀草酸钙和方解石进行生物矿化 (图 2)。微生物能够产酸结合砂岩基质中的钙离子在砂岩文物表面形成一层以草酸钙和碳酸钙为主要成分的保护膜，这在一定程度上能够保护文化遗产，用于石质遗产的巩固，是一种具有潜力的新型的生物修复技术。

图 2. 真菌菌株的生物矿化。

研究总结

综上所述，本研究发现基于培养得到的 5 株产酸菌株具有生物矿化潜力，这一发现有望为北石窟寺生物风化的防治及其它石质文物的保护提供科学依据和技术支撑。

Microorganisms 期刊介绍

主编：Nico Jehmlich, UFZ-Helmholtz Centre for Environmental Research, Leipzig, Germany

期刊主题涵盖微生物学的各个研究领域，主要发表环境、植物、食品、肠道、医药、技术等微生物相关领域的学术文章。现已被 SCIE (Web of Science)、PubMed (NLM)、Scopus 等重要数据库收录。

2022 Impact Factor：4.5

2022 CiteScore：6.4

Time to First Decision：14.5 Days

Time to Publication：37 Days