CN114315415B - 一种利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于文物保护以及环境科学与工程应用领域，公开了一种利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法，包括以下步骤：筛选红砂岩石质文物自源性产碱细菌，提取胞外酶制剂，均匀喷洒于未生长苔藓的石质文物岩面，用以调控苔藓中生长的产酸风化细菌，从微环境实现预防苔藓生物风化的效果。其中产碱菌株木糖氧化无色杆菌中含有天冬氨酸脱羧酶和精氨酸脱羧酶等多种脱羧酶基因，可以合成生物酶利用氨基酸产生生物胺，生物胺能和苔藓根部的有机酸发生脱水缩合反应，生成近中性的酰胺和水，进而中和砂岩表面的酸性风化环境。本发明采用绿色生物的方法，对文物和环境友好，可实现砂石文物上苔藓生物风化的预防。
Description
技术领域
本发明属于文物保护以及环境科学与工程应用领域，具体涉及一种利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法。
背景技术
砂岩文物是我国分布最广的一类重要石质文物。我国80％的石窟寺文物由砂岩制成，包括乐山大佛、云冈石窟、大足石刻等，具有丰富的人文艺术价值。然而，由于石质文物体量大，多不可移动，露天保存，常年受风吹日晒，受自然风化病害严重。大量学者在文物表面及内部观测到微生物的定殖：Gleeson等在风化的花岗岩表面发现真菌生长，Mihajlovski等对比发现风化岩石比未风化岩石表面具有更丰富的微生物群落。Büdel等发现隐生(Cryptoendolithic)蓝细菌能在岩石内部形成蓝细菌层。这些定殖的细菌与真菌菌丝通过微孔与裂隙进入岩石内部，使岩石内外应力不均，进一步扩大岩石孔隙。同时，砂岩文物由于其疏松多孔的特性，易使水分积聚，还易被苔藓植物定殖，且相对于藻类与地衣，苔藓植物对砂岩具有最高的渗透深度与脱粘度，而苔藓与微生物的共生关系进一步促进砂岩文物生物风化的速度，比物理与化学风化更难以调控与预防。
目前应用于石质文物生物风化的修复方法包括机械修复、化学杀灭、仿生加固材料、生物修复等。然而，机械方法治标不治本，化学方法中药剂可能会对石质文物本身产生伤害，加固材料容易变色脱落，可能更会破坏石质文物的艺术美学价值，而外界微生物的引入可能会导致外部生物入侵造成影响，而生物修复具有无害、绿色友好的优点，现有技术中公开的生物修复如下：采用硫酸盐还原菌(SRB)在缺氧条件下可以将大理石表面风化生成的硫酸钙转化为方解石，实现生物清洗修复；或者将生命参与并通过细胞、有机分子调质无机矿物沉积实现生物矿化等。因此，设计一种有效限制砂岩表面微生物和苔藓植物生长，以保护砂岩文物免受生物风化危害的的生物修复技术迫在眉睫。
发明内容
本发明针对现有技术中机械修复、化学杀灭、仿生加固材料等存在局限性、危害性以及脱落掉色等缺陷，提出一种利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法。该方法利用自源性微生物，排除了外源微生物可能存在的非适应性以及生物入侵等危害，且对石质文物本身无伤害，是一种绿色生物友好的预防方法。
为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为，一种利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法，包括以下步骤：
S1、用溴甲酚紫指示剂对自源性细菌进行初筛，筛选出使培养基变紫的菌株，然后将初筛出的菌株单独培养1-3天，测量菌液的pH值，筛选出pH最高即产碱性能最好的菌株并编号为AK-1；
S2、将筛选的AK-1菌株进行培养，收集菌液并调整菌液的OD值为0.6-1.0，形成菌悬液，然后用离心管将菌悬液在5000～8000rpm转速下离心10-30min，去除上清液，得到粗提取胞外酶液；
S3、将粗提取胞外酶液装入喷壶中，对未被苔藓覆盖的砂岩表面进行喷洒，喷涂量为0.1～0.5L/m2，喷涂周期为15～30天/次，实现砂岩表面苔藓生物风化的预防。
作为利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法进一步的改进：
优选的，所述AK-1菌株为木糖氧化无色杆菌Achromobacter xylosoxidans。
优选的，所述菌液的pH为8.0-8.5。
优选的，步骤S2中所述离心管在5000rpm转速下离心10min。
优选的，步骤S3中所述未被苔藓覆盖的砂岩表面为未生长苔藓的砂岩表面或者人为机械去除了苔藓的砂岩表面。
优选的，步骤S3中所述苔藓为疣冠苔Aytoniaceae、孔雀藓Hypopterygiaceae、凤尾藓Fissidentaceae、真藓Bryaceae、青藓Brachytheciaceae、灰藓Hypnaceae、羽藓Thuidiaceae、提灯藓Mniaceae、曲尾藓Dicranaceae、丛藓Pottiaceae、蛇苔Conocephalaceae、紫萼藓Grimmiaceae、扭叶藓Trachypodaceae中的一种或两种及以上的混合物。
优选的，所述粗提取胞外酶液在砂岩表面的喷涂量为0.1L/m2，喷涂周期为30天/次。
本发明相比现有技术的有益效果在于：
1)石质文物苔藓生物风化机制证实，苔藓根部有大量的噬酸菌和产酸菌，苔藓和噬酸菌、产酸菌产生的有机酸、无机酸等酸性物质会对石质文物进一步产生腐蚀。本发明用溴甲酚紫指示剂进行初筛选出使培养基变紫的菌株，后进行pH测量筛选出产碱性能较好的菌株AK-1，优选产碱菌株木糖氧化无色杆菌Achromobacterxylosoxidans，将该产碱菌株培养后制成菌悬液，然后将菌悬液离心提取出胞外酶制剂。将该制剂均匀喷洒于未生长苔藓的石质文物岩面，调控苔藓中生长的产酸风化细菌的活性，在微环境尺度实现苔藓生物风化的预防作用。
2)以产碱菌株木糖氧化无色杆菌为例，该菌中含有天冬氨酸脱羧酶和精氨酸脱羧酶等多种脱羧酶基因，可以合成生物酶利用氨基酸产生生物胺，而生物胺能和苔藓根部的有机酸发生脱水缩合反应，生成近中性的酰胺和水，进而中和砂岩表面的酸性风化环境，不仅能够保护岩石表面，还限制了噬酸菌的生长，减少了苔藓从共生微生物中能获取的营养，防止苔藓的生长。
附图说明
图1是本发明实施例1中在砂岩表面喷涂粗提取胞外酶的观察结果图和空白效果图，其中图1中A-C为实施例1第0、14、28天的实拍效果图，图1中D-F是空白对照第0、14、28天的实拍效果图。
图2是本发明实施例2在砂岩表面喷涂粗提取胞外酶的观察结果图和空白效果图，其中图2中A-C为实施例2第0、14、28天的实拍效果图，图2中D-F是空白对照第0、14、28天的实拍效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将保存的木糖氧化无色杆菌菌液重新划线培养，纯化之后挑取单菌落，扩培之后加入无机盐复筛培养基，培养至菌液pH为8.5，调OD值为0.6，加入无菌离心管5000rpm离心10min去除菌体取上清液，即为粗提取胞外酶，装入干净的带有喷头的喷瓶。在四川乐山大佛景区内片长满苔藓的岩壁上，用消毒小铲清理出两块12cm×12cm范围的正方形区域，去除上部生长的苔藓，用毛刷清理干净边界和残留生物，露出下方的红砂岩，向砂岩表面均匀喷洒制备的产碱菌胞外酶粗提取液，喷洒量为0.1L/m2，旁边一块区域喷洒无菌水做空白对照，喷洒量相同，每隔14天进行拍照观察，结果如图1所示，其中图1中A-C为砂岩上喷洒产碱菌胞外酶粗提取液第0、14、28天的实拍效果图，图1中D-F为砂岩上喷洒无菌水第0、14、28天的实拍效果图。
由图1可知，与喷洒无菌水的对照相比，产碱菌胞外酶粗提取液的砂岩表面区域几乎没有苔藓生长，产碱菌胞外酶粗提取液能很好的抑制砂岩表面苔藓的生长，进而可以预防砂岩石质上苔藓生物风化。
实施例2
将保存的木糖氧化无色杆菌菌液重新划线培养，纯化之后挑取单菌落，扩培之后加入无机盐复筛培养基，培养至菌液pH为8.0，调OD值为1.0，加入无菌离心管5000rpm离心10min去除菌体取上清液，即为粗提取胞外酶，装入干净的带有喷头的喷瓶。在四川乐山大佛景区内片长满苔藓的岩壁上，用消毒小铲清理出两块12cm×12cm范围的正方形区域，去除上部生长的苔藓，用毛刷清理干净边界和残留生物，露出下方的红砂岩，向砂岩表面均匀喷洒制备的产碱菌胞外酶粗提取液，喷洒量为0.1L/m2旁边一块区域喷洒无菌水做空白对照，喷洒量相同，每隔14天进行拍照观察，结果如图2所示，其中图2中A-C为砂岩上喷洒产碱菌胞外酶粗提取液第0、14、28天的实拍效果图，图2中D-F为砂岩上喷洒无菌水第0、14、28天的实拍效果图。
由图2可知，与喷洒无菌水的对照相比，产碱菌胞外酶粗提取液的砂岩表面区域几乎没有苔藓生长，产碱菌胞外酶粗提取液能很好的抑制砂岩表面苔藓的生长，进而可以预防砂岩石质上苔藓生物风化。
申请人声明，本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (7)
1.一种利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、用溴甲酚紫指示剂对自源性细菌进行初筛，筛选出使培养基变紫的菌株，然后将初筛出的菌株单独培养1-3天，测量菌液的pH值，筛选出pH最高即产碱性能最好的菌株并编号为AK-1；
S2、将筛选的AK-1菌株进行培养，收集菌液并调整菌液的OD值为0.6-1.0，形成菌悬液，然后用离心管将菌悬液在5000～8000rpm转速下离心10-30min，去除上清液，得到粗提取胞外酶液；
S3、将粗提取胞外酶液装入喷壶中，对未被苔藓覆盖的砂岩表面进行喷洒，喷涂量为0.1～0.5L/m2，喷涂周期为15～30天/次，实现砂岩表面苔藓生物风化的预防。
2.根据权利要求1所述的利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法，其特征在于，所述AK-1菌株为木糖氧化无色杆菌Achromobacter xylosoxidans。
3.根据权利要求1所述的利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法，其特征在于，所述菌液的pH为8.0-8.5。
4.根据权利要求1所述的利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法，其特征在于，步骤S2中所述离心管在5000rpm转速下离心10min。
5.根据权利要求1所述的利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法，其特征在于，步骤S3中所述未被苔藓覆盖的砂岩表面为未生长苔藓的砂岩表面或者人为机械去除了苔藓的砂岩表面。
6.根据权利要求1所述的利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法，其特征在于，步骤S3中所述苔藓为疣冠苔Aytoniaceae、孔雀藓Hypopterygiaceae、凤尾藓Fissidentaceae、真藓Bryaceae、青藓Brachytheciaceae、灰藓Hypnaceae、羽藓Thuidiaceae、提灯藓Mniaceae、曲尾藓Dicranaceae、丛藓Pottiaceae、蛇苔Conocephalaceae、紫萼藓Grimmiaceae、扭叶藓Trachypodaceae中的一种或两种及以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的利用产碱菌预防砂岩石质上苔藓生物风化的方法，其特征在于，所述粗提取胞外酶液在砂岩表面的喷涂量为0.1L/m2，喷涂周期为30天/次。
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| JP2007138123A (ja) * | 2005-11-20 | 2007-06-07 | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute | 草炭からの土壌改良材およびこれを用いた植物成長方法 |
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