石质文物加固中细菌诱导碳酸钙生成的研究

第2l卷第年83期文物保护与考古科学SCIENCESOFCONSERVATl0NANDARCHAEOLOGYV0121No．．．32009月Aug，2009文章编号：10051538(2009)03002904石质文物加固中细菌诱导碳酸钙生成的研究孙延忠陈，，青100029(中国文化遗产研究院北京)摘要，：为探讨细菌生物矿化法加固石质文物利用枯草杆菌Ⅱ在特殊含钙培养基上进行诱导矿化研究，。结果表明筛选出的菌株枯草杆菌Ⅱ在M一3+ASP固体和液体培养基上能诱导生成白色物；白色诱导物经，x衍射分析为碳酸钙；电子显微镜下观察发现碳酸钙在细菌周围生成并包裹细菌菌体使细菌菌体钙化，。关键词：细菌；诱导；生物矿化；石质文物：中图分类号K876．2；Q939．99文献标识码：A0引言，现了一种土壤细菌(Myxococcusxanthu。s)并利用此，细菌对石质文物进行保护加固的化学加固剂渗透性都有，M。这类细菌能够∞“…一我国石质古迹文物资源丰富含钙岩石是历史上遗存下来的大量石质文物中最常用的基质材料、、在石质文物内部诱导产生碳酸钙结晶一。般。定的限制且容易堵塞，，石质文物饱受环境大气酸雨生物和地表温湿度变石质文物的孔隙使内部的湿气不能出来可能会进一化等因素影响导致石构件风化分解等，、。目前保，步破坏文物；而细菌能够最大限度的渗透到石质，护手段多采用无机或有机高分子材料来加固石质文文物内部中诱导产生的碳酸钙结晶也不会堵塞石物但由于高分子材料的力学性能与原文物基材不，质的孔隙。匹配及保护材料老化等原因经常会造成文物变色，，、采用微生物生物矿化保护文物成为国内研究的新思路微生物的代谢产物即是保护文物的材料与，，硬壳形成和文物表层剥落等问题且有些材料老化后很难去除以至于使保护的文物受到二次破坏严，文物材质一致无老化及不可预知的隐患，¨0。国内，重时甚至会导致文物的毁灭。因此寻找，一一种新型。利用自主筛选的细菌并诱导碳酸钙加固保护石质文物方面的研究未见报道探索微生物方法对风化的，的有效的保护措施是保护石质文物的，个新思路自然界微生物种类繁多有些微生物在石质文物的孔隙间能诱导碳酸钙结晶沉积并矿化。石质文物进行加固保护具有重要意义，。按照文物保通过微护的要求利用微生物诱导生成的碳酸钙加固风化生物诱导生成碳酸钙结晶沉积并矿化对风化的石质严重的石灰岩大理石和汉白玉等石质文物从而达、，文物进行加固保护是近年来国际石质文物保护修，到保护文物的目的。这种生物矿化加固法将克服有，复领域研究的重点，。这些碳酸钙结晶能与石质原材机和无机加固剂对文物产生的副作用其诱导产物料成分相结合从而对风化脆弱的石质文物进行加固。持久成本低对人和环境没有危害满足文物保护、、，国外利用细菌生物矿化进行文物保护的研究较1995的要求在文物保护的实践应用中具有重要意义，。早。年意大利人，Tiano利用从海洋贝壳中提，利用微生物及生物技术进行文物保护将成为未来具环保型且行之有效的保护途径。本文主要介绍利用，取的有机大分子(BailluOMMs¨诱导碳酸钙结晶的沉积获研究了枯草杆菌得了较好的结果cssu21自行筛选的细菌在特定培养液内诱导生成碳酸钙；PeritoⅡ并对生成的碳酸钙进行1x一衍射分析和电镜观察。btilis)诱导碳酸钙结晶并对石质文物的口0加固情况获得较好的效果，2003；年西班牙，Gra—试验材料和方法．nada大学的矿物学家收稿日期：2009CarlosRodrlguezNa17varro发11试验菌种及培养基0402；修回日期：200911006基金项目：国家文物局(编号20050)，作者简介：孙延忠(1977ma)男研究生，，2003年毕业于华中农业大学微生物专业。北京朝阳区北四环东路高原街2号，100029。Eil：yanzhongsun@sohu．tom30文物保护与考古科学第21卷(1)试验菌种。枯草杆菌Ⅱ：本课题组自行筛选的(Ca12．一株具有诱导碳酸钙生成的细菌。22．结果与讨论1。(2)培养基sM一3+ASP、：乙酸钙酪蛋白胨、细菌诱导生成碳酸钙itone)天冬氨酸(ASP)琼脂粉、。pH=80．枯草杆菌Ⅱ在，M一3+ASP培养基上培养，3天试验方法(1)细菌诱导生成碳酸钙。后培养基表面开始出现白色诱导物继续培养2天将枯草杆菌Ⅱ均后白色诱导物布满培养基表面(图，1)。匀涂抹在M一3+ASP固体培养基上。，28C~培养观，察细菌在培养基上生长情况，培养3天后从培养基表面刮下白色粉状物在三维视频显微镜下观察白色粉状物的形态。(2)细菌形态观察。采用革兰氏染色法对枯草杆菌Ⅱ诱导生成碳酸钙前后的菌体分别进行染色镜检观察其形态，，。在把枯草杆菌ⅡM，一3+ASP培养基上生成的白色粉状物研磨成粉末并按照细菌革兰氏染色法进行染色显微镜观察，。(3)诱导物分析检测及微观结构观察，。为确图1Fig．定培养基表面生成的白色诱导产物的成分我们对白色诱导物进行x在培养基表面诱导生成白色物s衍射分析x。在解剖显微镜下用，1PricipitationbyBacillu一subtilisinmedium刮刀轻轻刮下白色粉状物(勿刮及培养基)将白色粉从M3+ASP培养基表面刮下白色粉状物在，状物研磨成粉末进行，衍射分析为避免培养基成，，三维视频显微镜下观察白色粉状物的形态。观察结分影响分析结果的准确性培养基为对照进行分析，x衍射以，M一3+ASP果表明低倍率(100，×)下观察白色物呈颗粒状；高，。同时刮取培养基表面的，倍率(300物(图2×)下观察白色颗粒是细菌的聚集体菌，，白色诱导物直接进行电子显微镜镜检观察其碳酸钙生成的情况。体杆状形态明显可见且菌体表面覆盖有白色粉状)。图2Fig2．诱导生成物显微形态(左n：100。；右m：300M一×)+PricipitatiobyBacillussubtilisinmediu3ASP22．细菌的形态成，，。从图3可以看出诱导生成物经革兰氏染色菌(2)电子显微镜观察扫描电子显微镜观察．体呈紫色菌体周围的白色物未被染色推测是诱导，，结果见图(300×5。在培养基表面枯草杆菌Ⅱ诱导生～生成的碳酸钙23．。成的白色粉末聚集成球状(图，6左)。高倍率诱导物的分析检测(1)X)下可以看到球状物是由无数菌体聚。衍射分析，。x一衍射分析结果见图4和，集而成，菌体经能谱分析结果表明钙含量较，，图5。结果表明白色粉状物为碳酸钙说明枯草杆M一高说明菌体已经钙化形成钙化细菌(图右)。6菌Ⅱ在3+ASP培养基上能诱导碳酸钙的生第3期孙延忠等：石质文物加固中细菌诱导碳酸钙生成的研究3lA诱导前B诱导后图3Fig3．枯草杆菌phologyoⅡ诱导碳酸钙生成前后显ac微观察oOpticalmorfBillussubtilisbeforeandbehindfprecipitation、．1lI』150．…1020304060708020／f)。图4．培养基x射线衍射分析谱图rnso图5Fig5．白色粉状物tternsX射线衍射分析谱图nFig4XRDpattefmediumXRDpaofpricipitatiobyBacillussubtilis图6白色诱导物的微观形态(左Fig．：300o×；c右：5000×)6SEMphotomicrographsfpreipitation3结、论Ⅱ在M一固和保护石质文物，。对于优化培养条件选育高产碳一酸钙菌株有待于作进3+步研究e。自行筛选的枯草杆菌ASP培养参考文献[1]Pericr：，基上能生成白色诱导物；白色诱导物经x衍射分toBBiagiottiLc，DalyS，ta1Bac．teiralgePnesinvolvedinecalcite析表明为碳酸钙，。在特定的条件下可作为碳酸钙，，ystalpreipitationarCif／[M]／roerriO，Tisno，MasstromiG．OfMicrobesandcttheoleofmicrobial．comnmnitieinthedegradation粘合剂并在生物矿化过程中起协同作用当给细菌提供适宜的营养成分时可生成更多的碳酸钙以加，andpronumtetionfrculturlaheritageNe．wYork：KluwerAcademicPlePublishe，2000219：23032文物保护与考古科学Ranaa第2l卷a[2]3arlliGBelliC／，，acchiniCdy．，eta1De．～terioratioeneznandbiorecumedi—carbontebio—mineralization[J]．ApplEnvirMicmbiol，2003，69tionoffiAesco：cucase～stuSaiz／[M]／vJimrCMole．larbi43—(4)：21822193e．ology．andlturalHeritageSeilla：Taylo&Francis．2003：2[7][8]PieorT．Biomtdiatcd．calciteprecipitationfiSess)rmnnunlentalstonerein—246forcP．emen[C]Ple．naryions，1999：48overv51iew．[3]TianoStonmaereinforcementbycuclacite．crystalprecipitatio，nindu，cedSaiz—lmanenezCBiodeteritooration：Anofthestateofthebyorganic．trixmacromoleles[J]fStudConserv199540：171artdassessmenffuturediresactions[EB／OL][2003．．11]．176wwwo．arcchipro．cz／w08／w08sonizjimenezp(f．[4]UrzCDeLe，F．．Biodete—riorationoculturalheritageinItaly：Stahip．te[9]MayE，．Micbebuildingstoneif)rgoodorill[J]．Cuhure，ofoart[EB／OL][2003，07]．www．arceez／w08／w08de～200324(2)：5to8．le．pdf[10]，Braissan0f，CailleauGDupra，zC，elaes1B．aclariallyinducedminer—[5]PeritoBriaoMastromciGConse．rvationofmonumental，stones：1bybac．te—lizationaexoctaciumcarbonateinterractrila．environments：thesrole，of：biomineezrallizatioavarron[J]，．MicrohiolToday200330，13polysaccharidesandaminoids[J]JSedimRe，200373[6]RodriguCoNnCRodrigutaezGaHegoMm，ChekroxanunK，eta1．485490．nservatioofornamenlstonebyyxocoecusthusIMacedStudyofstimulatedcalciteprecipitatioSUNY(Chinanbybacteriainhistoricstoneconsolidationan～zhong，CHENe，Qing，AcademyofCulturalHeritagBeijing100029Chinn)Abstratosucts：Withutheaimmofusingbancterialbiocamineralizamtiontoreinfotenrcestonereculics．Bacillussubtiliscawasmselectered—studystimelatedbioBacinserasunlizatiobtilistowithlcitece(cacalciucarecbona)inin．ssopeciallturescontain一ing+lciucu．Theres．ltshowecdthatilluscouldindulcitecrlcitepripitiolidroandliquidMa3ASPeltumThepywhitepripitationwasohowrvebecaystalsbyXRDteranalysisUndeanpticlandscanninglectronicroco(SEM)Ke，calcite：wasbsedaroundthebaiomincialcenlls，enwrareppingdcalcifiedthem．ywordsBacteriaStimu；lationB；eralizatioStone；lics(责任编辑谢燕)