生物技术在文物保护修复中的应用研究进展

在自然因素和人类活动作用下,古代壁画和石雕石刻等珍贵文化遗产普遍存在酥碱粉化、盐霜结壳、风化脱落、烟熏污染等类型病害,研发相应的保护修复材料和技术长期以来都是文物保护领域关注的焦点。近年来,生物纳米材料和生物技术因其绿色环保、兼容适用、效果良好等优势正逐渐成为常规物理措施和化学材料的补充或替代方法。本研究系统总结和梳理了功能微生物、生物酶、代谢产物及创新性生物技术在国内外文物保护修复中的发展脉络和应用现状,重点对生物清洗技术和生物加固技术的最新研究进展和存在的问题进行了综述。旨在为科研工作者开展基于生物技术的文物保护修复创新性研究提供参考和借鉴。     

长沙铜官窑谭家坡遗迹馆内优势病害真菌的分子鉴定

针对长沙铜官窑谭家坡遗迹馆内大肆爆发的微生物病害,为确定造成考古遗迹污染的优势真菌类型,项目组开展了病害真菌的现状调查和快速检测鉴定工作。利用无菌手术刀收集考古遗迹表面典型病害微生物的菌体样品,通过提取样品基因组总DNA、真菌ITS区PCR扩增、构建克隆文库、序列测定和系统发生关系分析等技术完成了病害菌的分子生物学鉴定和类群组成特点分析。结果表明,遗迹馆内考古遗迹表面爆发的主要病害菌为尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、白腐菌(Phlebia brevispora)、荷叶离褶伞(Lyophyllum decastes),它们分别隶属于丛赤壳科(Nectriaceae)、伏革菌科(Corticiaceae)、离褶伞科(Lyophyllaceae),均为营腐生真菌,与土壤中木质材料的降解密切相关。考古现场大量的根系残留为病害菌的大肆繁殖提供了重要的营养源,而高的温度和相对湿度是促进病害菌快速生长扩散的主要环境因素。建议人工清除病害菌和根系残留,并对遗迹馆进行适当的环境控制。     

游客量对炳灵寺第128窟微环境影响初步研究

通过对炳灵寺石窟第128窟连续一年的微环境监测数据分析,结合游客参观统计,探究了游客量对炳灵寺第128窟微环境的影响;其中CO₂浓度与游客量呈正相关,窟内外温差越大,其衰减越快。洞窟温度升高与游客量呈一定程度正相关,温度增量主要为正值,负值与气象条件相关,温度的衰减与温度增量及窟内外温差正相关。窟内相对湿度变化较为复杂,监测期间游客参观对相对湿度影响在-5%~10%范围内,以降低窟内相对湿度为主。研究结果表明,目前的开放模式有助于CO₂浓度衰减,可适当扩大每批次参观人数至10人左右,以应对大客流状况;注重旅游旺季特别是5月、9月下旬至10月中旬时间段洞窟内相对湿度变化的监测,做好游客管理和洞窟相对湿度控制应对措施。本研究对于炳灵寺石窟第128窟及其他相似洞窟的旅游开放管理具有一定指导意义。     

利用探地雷达技术对河西杨根系影响甘肃高台明长城遗址的研究

植物根系的生长和腐烂对土遗址具有不同程度的破坏作用,影响其长久保存。为确定明代长城土遗址本体内树木根系的生长分布情况,本研究利用探地雷达技术,对甘肃高台境内的明代长城遗址内生长的河西杨根系进行了探测研究。结果表明:河西杨根系主要分布于探测区域北侧,并由北向南延伸,周围分布有侧根,根系主要分布在深度为35~85cm范围内,主根直径约为12cm。400MHz天线的探测深度可达2m,而900MHz天线具有较高的探测精度,二者结合使用可更好地判断地下根系的生长情况。本研究首次获得遗址内根系三维图像,并在不破坏土遗址结构的前提下,确定了树木根系的分布状况。该技术为长城遗址保护方案的制定和加固修复措施的开展提供了重要的科学依据。     

敦煌莫高窟洞窟内外空气中微生物的对比研究

环境空气中微生物会引起文物的损坏,因此开展针对文物保护的空气微生物研究非常重要。本研究利用Anderson FA-I型空气采样器在莫高窟封闭洞窟(常年不开放)中和洞窟外(检票口)采样,研究了空气中微生物的种群动态和群落。结果表明,洞窟内的细菌数量远远高于洞窟外,而洞窟内外的真菌数量相差不大。空气中的细菌和真菌的季节性变化不明显,但夏季洞窟外环境中真菌数量最高,冬季洞窟内环境细菌数量较多。洞窟外环境空气中的细菌数量与环境空气温度、太阳辐射强度、地表温度以及风速呈显著正相关,而与空气相对湿度呈显著负相关。窟外环境空气中的真菌数量与游客数量呈显著正相关。此外,空气中的细菌主要分布在采样器的第一、三、四级中,而真菌分布以第二、三、四级为主。研究还表明,敦煌莫高窟空气中的主要真菌为枝孢属,无孢菌,青霉属,链格孢属和曲霉属的种类。     

文物保护中杀菌剂与抗菌纳米材料应用研究进展

微生物极易附着并不断侵蚀各类文物，但用于高效去除或预防微生物损害的物理和化学方法却相对有限，通常很难有效清洁以及阻止微生物在露天环境文物上的重新定殖。在文物保护领域，使用抗菌纳米材料近年来逐渐成为一种新型环保技术。本工作总结了文物微生物退化防治的研究现状及发展趋势，梳理了杀菌剂、天然抗菌剂、精油熏蒸剂和新型纳米抗菌材料在文物保护中的应用研究，对比分析了不同类型杀灭剂的作用机制及其效果差异，指出了纳米材料的应用潜力及存在的不足。本研究结果可为文物保护修复中微生物病害防治提供参考和借鉴，对于文物微生物防控材料的研发和应用技术发展具有一定推动作用。     

山西翼城考古发掘现场遗址表面腐蚀真菌的群落组成分析

考古发掘现场腐蚀微生物的鉴定与防治一直是考古学家和文物保护工作者面临的难点问题。截至目前,国内外对于文物出土现场微生物腐蚀信息和资料获取的研究还十分有限。本研究以山西翼城大河口西周墓地为例,探讨了考古发掘现场遗址表面腐蚀真菌的快速检测技术与可能的防治对策;通过现场直接镜检结合后期分子生物学检测技术,确定造成大河口西周墓地土遗址大量污染真菌的群落组成。研究发现,造成山西大河口墓地出土现场腐蚀的优势真菌类群主要隶属于假散囊菌属(Pseudeurotium)、链格孢属(Alternaria)和小不整球壳属(Plectosphaerella),它们分别占据了整个出土现场腐蚀真菌克隆文库中的23%、21%、和18%。竖直墓道发掘坑道内较高的温度和相对湿度以及较低的空气交换速率是造成发掘现场微生物大面积污染的主要环境因子。该研究为快速获取出土文物腐蚀微生物的群落信息提供了技术支撑,为后期腐蚀微生物的防治提供了理论依据。     

岩鸽排泄物对壁画损害特征研究

鸟类排泄物是造成石窟寺壁画、彩塑污染的主要因素之一,科学剖析鸟类排泄物对壁画的损害特征是此类污染物有效清除的前提。本研究利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)、X射线衍射(XRD)等方法分析了炳灵寺石窟壁画表面岩鸽排泄物成分,采用扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)、便携式显微镜、偏光显微镜(PLM)表征了鸟类排泄物对模拟壁画的微观损害特征。结果表明,岩鸽排泄物成分主要由尿酸、纤维素、多肽类有机物,以及以石英为主的无机盐组成。排泄物造成壁画覆盖污染、颜料层和地仗层侵蚀、颜料颗粒间原始粘附结构破坏,导致颜料层起甲、脱落,可溶盐活动及其他生物侵蚀。研究结果对于古代壁画的科学保护与修复具有指导意义。     

日本高松冢古坟微生物病害及其防治研究概述

高松冢古坟是日本国宝级文化遗产,对其实施的原址保护一度是文物保护界的样板工程和国际典范,然而正是逐渐失控的微生物病害导致古坟解体搬迁至异地保护,复杂的人为介入手段是否有助于墓葬壁画的原址保护,值得更进一步探讨和反思。本研究回顾了高松冢古坟自发掘至今的保护历程,重点总结了侵害古坟石室及壁画微生物类群的调查分析及其防治措施的研究。通过对古坟病害微生物群落特征、环境因素变化及防治干预措施等方面相关文献资料的全面梳理和解读,客观评价了该遗址所取得的研究进展及经验教训,为我国乃至世界其他同类环境中壁画保护提供启示与借鉴。     

河北曲阳北岳庙动物病害调查与防治对策研究

鸽子和蝙蝠的活动与排泄物污染是威胁北岳庙德宁之殿古建筑与古壁画安全的关键因素。本研究首先开展了德宁之殿动物病害现状调查,利用安防监控系统监测了大殿内蝙蝠的夜间活动特点,使用观鸟望远镜观测了鸽子的白天活动规律,并测定了病害动物排泄物的酸碱度和易溶盐含量。针对德宁之殿当前的动物病害问题,引入超声波驱赶法对大殿内病害动物进行驱逐,结合数字式声级计和单位面积蝙蝠排泄物重量变化对驱赶效果做出判定。结果表明:有近千只蝙蝠和数百只鸽子在德宁之殿内、外频繁活动;蝙蝠尿液呈酸性,富含硝酸盐和硫酸盐,其粪便为碱性,硝酸盐含量较高;鸽子粪便内含有较高的硝酸盐;病害动物排泄物易造成古壁画原有保存微环境改变,产生病害。安装超声波动物驱赶器后,大殿内蝙蝠平均活动时间缩短,活动强度受到了明显抑制,活动区单位面积内排泄物重量降低;大殿外鸽子也受到了驱赶器的影响,延迟返巢。超声波驱赶法在古建筑蝙蝠与鸽子病害防治过程中具有一定优势,同时有必要实施其它物理防治和机械防治等主动干预措施,以进一步提高综合防治效率。