汪万福研究馆员团队：文化遗产微生物|全国博物馆|敦煌研究院|文化遗产微生物|文物|汪万福|研究馆员|考古

2006 年秋，我从中国科学院研究生院（现中国科学院大学）博士毕业后，在与时任兰州大学生命科学学院院长安黎哲教授交流时提及文物微生物损害问题，并萌生了继续开展这方面研究工作的想法，得到安教授的肯定和支持，同时他希望我能够从这一方向入手从事博士后研究工作。经过安教授的推举，我顺利进入兰州大学生物学博士后流动站，随后申请的“敦煌壁画损害的微生物学机制及防护研究”课题也获第四十三批中国博士后科学基金一等资助（No. 20080430109），为继续开展文化遗产与微生物关系的相关研究工作提供了有力保障。经过不断研究积累，2014 年由敦煌研究院（国家古代壁画与土遗址保护工程技术研究中心）、兰州大学和国际生物退化与生物降解学会（IBBS）联合主办的“文物的生物退化与防护国际学术研讨会”在敦煌莫高窟隆重召开，来自美国、意大利、日本和中国大陆（内地）、中国香港及中国台湾地区主要从事文物的生物退化（腐蚀）与防护研究相关领域近60 位专家学者到会，开展学术交流，会议成果丰硕。通过此次会议，我们重新认识到该领域存在研究人才和相关参考资料缺乏、操作研究尚无统一标准、不同国家和地区研究水平参差不齐的现状，自此产生了编撰出版《文化遗产微生物》的想法。

汪万福

2022 年10 月10 日于敦煌莫高窟

文化遗产是人类创造并遗留、流传下来的具有历史、艺术和科学价值的文化财富，是人类文明历史的见证和人类可持续发展的宝贵资源，早已成为一个国家、一个区域重要的文化代言，不仅见证了历史的兴盛，而且凝结了古代劳动人民的智慧。随着全球气候变化加剧、极端天气事件频发、环境污染日益加重以及旅游业城镇化的高速发展，文化遗产遭受到的包括地震、海啸、沙尘暴等自然灾害的破坏，以及战争和经济开发等人类的破坏与日俱增。生物和非生物影响因素叠加，文化遗产保护中的微生物问题日益凸显，严重威胁到其永续保存与利用，部分脆弱遗产甚至在逐渐消失，开展深入研究的需求十分迫切。全球范围内，因微生物活动引起的文化遗产生物侵蚀现象屡屡可见，最为典型的如欧洲拉斯科洞穴和阿尔塔米拉洞穴因多种类型微生物持续侵蚀而被迫关闭，日本的高松冢古坟因真菌增殖而不得不解体搬迁异地保存，东南亚吴哥古迹和美洲玛雅遗迹也因蓝细菌等大量增殖而加速风化。

▲ 世界文化遗产地墨西哥帕伦克玛雅遗址石质文物表面生物膜（biofilm）（Ramírez et al.，2010）。图中A、C、E、G 为该遗址不同石质文物，B、D、F、H 为对应生物膜的放大图，箭头所指为生物膜

就我国而言，第三次全国文物普查登记不可移动文物76.67 万处、国有可移动文物1.08 亿件（套），是名副其实的文物资源大国。根据对全国2803 家各级国有文物收藏单位的馆藏文物调查结果，有50.66%的馆藏文物存在不同程度的腐蚀损害，其中濒危腐蚀程度、重度腐蚀程度、中度腐蚀程度分别占全国馆藏文物总数的2.01%、14.52%、34.13%。近期对我国28 个省（自治区、直辖市）所辖45 167 个窟龛、484 867 尊摩崖造像进行普查，结果显示约62%的石窟寺和71%的摩崖造像遭受生物病害不同程度侵蚀，而微生物参与的腐蚀及劣化尤为突出。

▲ 文化遗产微生物研究内容的系统性（A 图）、研究的一般过程（B 图）及常见的技术路线（C 图）

文化遗产历史久远，类型多样，分布广泛，长期受到复杂多变的气候、环境及生物等因素的综合影响，导致这些珍贵文物被严重腐蚀。面对异常繁重艰巨的保护任务，保护研究力量却严重不足，我国文物机构队伍仍然存在“小马拉大车”现象。全国文物系统从业人员16 万人，专业的文化遗产保护人员仅3000 人左右。文物保护修复、可移动文物鉴定、文化遗产应用基础研究人员匮乏。文化遗产保护和考古相关学科体系不够健全，高校“双一流”建设考古学权重仍需增加，跨学科合作亟待加强，交叉学科建设有待突破。现有的文物保护科研力量分散，文物科技资源配置总体规模有限。世界范围内，针对文化遗产微生物损害机制及防护方面的研究各国均有开展，但研究力量和水平参差不齐。即便是发达国家，文化遗产微生物的研究也仅局限在少数文化遗产地，研究也缺乏系统性和可借鉴性。更为重要的是，缺乏一套科学的研究理论、方法和技术体系来指导文化遗产保护实践。

汪万福研究馆员团队长期深耕于文化遗产保护领域，依托敦煌研究院和国家古代壁画与土遗址保护工程技术研究中心，研究团队一直活跃在石窟寺壁画、墓葬壁画和岩石壁画等文化遗产微生物损害的机制与防治技术研究的第一线和国际最前沿，取得了许多有影响力的成果，得到了国内外相关专家高度认可。

顾继东

广东以色列理工学院教授

2022 年9 月25 日于珠海

《文化遗产微生物》一书，是编者及其研究团队联合国内相关文博单位、科研院所和高等院校在前人研究工作的基础上，对近年来在石窟寺、壁画、土建筑遗址、古墓葬、考古遗址及馆藏文物等不同类型文化遗产与微生物相互关系研究的系统总结，全面反映了我国文化遗产微生物研究的现状和取得的最新成果。

文化遗产微生物

汪万福主编

北京 : 科学出版社，2024. 11

ISBN 978-7-03-079233-4

本书针对文化遗产保护中的微生物学问题，以文化遗产保护相关学科理论为指导，结合编者开展的以石窟寺、壁画彩塑及馆藏文物为重点研究内容的科学研究和教学工作，在参阅国内外大量文献资料的基础上，系统介绍了文化遗产保存保护中的微生物类群、分布特征、作用机制、防治方法与技术，旨在不断推动文化遗产微生物研究的可持续发展。

全书共10 章，编写分工如下：

第1 章绪论介绍了文化遗产微生物的基本理论、研究范围等，由马燕天和汪万福编写；
第2 章介绍了文化遗产与微生物的关系，阐述了文化遗产微生物研究的发展史，由汪万福、马燕天和段育龙编写；
第3 章系统总结了文化遗产微生物研究的方法与技术，由段育龙和汪万福编写；
第4 章洞窟壁画彩塑微生物由段育龙和汪万福编写；
第5 章石质文物微生物由段育龙、李天晓、潘皎和汪万福编写；
第6 章古墓葬微生物由段育龙、田恬、陈章和汪万福编写；
第7 章遗址及考古现场微生物由武发思和冯虎元编写；
第8 章海洋出水文物微生物由李天晓和马清林编写；
第9 章馆藏文物微生物由唐欢和马清林编写；
第10章总结与展望由汪万福和马燕天编写。
全书由汪万福、冯虎元、马清林、陈拓统稿和修订，李天晓、段育龙协助。

在编写过程中，我们立足自身文化遗产微生物研究工作，力求全面、准确、完整地反映文化遗产微生物研究的全貌。第4 章至第9 章分别介绍和总结了国内外在文化遗产微生物研究方面的典型案例及最新研究进展，是本书的核心内容，侧面反映出本领域国际研究前沿。

【案例】微生物对莫高窟壁画损害机制研究

以色变为主的壁画病害严重威胁到敦煌莫高窟壁画的永久保存与传承。敦煌研究院汪万福研究团队运用多种技术手段，系统研究了色变与未色变壁画中的微生物群落组成与结构特点，揭示了特殊功能菌株与矿物颜料色变进程间的耦合关系；结合洞窟温湿度监测和环境模拟，逐步解析了影响壁画色变的关键因子。历史图像档案显示，壁画色变病害的表观发展进程具有缓慢活动性。外环境与第420 窟的温湿度日波动较第220窟剧烈，可能是导致窟内壁画色变程度差异的重要环境因素。色差分析表明菌体生长代谢可引起含铅丹及铁红培养基色度值改变，趋向红色变淡、黄色偏浅。

▲ 菌株导致不同浓度铅丹色变模拟

A、B. Staphylococcus hominis；C、D. 34 号待鉴定菌

以对铅丹具抗性的少动鞘氨醇单胞菌与黑曲霉为研究对象的模拟实验显示，光照加速颜料色变，抑制菌体生长；产黄色色素的少动鞘氨醇单胞菌在含铅丹培养基上变为棕褐色，而黑曲霉生长代谢导致铅丹由橘红变白。紫外-可见分光光度计分析发现，少动鞘氨醇单胞菌的丙酮萃取液在波长452 nm 与480 nm 有特征吸收峰，黑曲霉菌液pH 可下降至1.8，在210 nm处有强吸收峰，表明其代谢产生有机酸。显微镜分析发现其导致颜料形貌改变为颗粒粉化、松散和片状胶结等， X 射线衍射分析显示有草酸铅（ PbC2O4 ）和乙酸铅［(CH3COO)2Pb］形成，黑曲霉生长代谢过程中形成的有机酸类是导致壁画颜料腐蚀和劣化的重要因素，鞘氨醇单胞菌可通过色素沉积等过程引起壁画颜料色变。

▲壁画分离优势菌株及其参与的色变过程模拟

从壁画中分离到的新种萃英诺曼菌（N. cuiyingiana）AFT2T 在不同含铅颜料培养基上的色变过程为菌体吸收铅离子并还原底物氨基酸中的硫元素，形成硫化铅（PbS），最终导致黑褐色的色变。少动鞘氨醇单胞菌通过代谢形成了黑色的PbS。黑曲霉通过产酸形成草酸铅（PbC2O4）、乙酸铅［(CH3COO)2Pb］等导致铅丹变白。仿真模拟实验还原了微生物介导的壁画色变过程，在明胶浓度5%模拟试块单次浸湿后，接种嗜松青霉，在环境腔的相对湿度为99%条件下，橘红色铅丹（Pb3O4）可变为灰白色的白铅矿（PbCO3）和黑色的块黑铅矿（PbO2）。色变壁画微生物群落组成和壁画色变过程类型多样，主要受太阳辐射、气候（降雨量）、壁画湿度、外源营养物、本土或机会微生物生长代谢等多因素影响。

▲ N. cuiyingiana AFT2T 在含有Pb3O4 及PbCO3 的培养基中的色变照片

以上研究初步阐明了基于微生物介导的有机酸产生和色素形成的壁画色变机理。项目研究成果对我国乃至世界同类文化遗产的保护具有一定的示范作用和参考价值。

汪万福研究馆员主编的《文化遗产微生物》一书，涉及国内外石窟寺、壁画、墓葬、考古遗址和馆藏文物等众多文化遗产类型中的微生物问题，该书系统介绍了文化遗产保存保护中的微生物种群、分布特征、作用机制、防治方法与技术，科学性强，学术价值较高，对文物保护一线工作人员而言，具有很强的实用性和指导性。该书填补了文化遗产保护工作中微生物研究的空白，亦可为微生物专业领域的研究人员以及广大微生物爱好者提供借鉴和参考。

全书内容系统全面，资料丰富，选题新颖，结构严谨，逻辑清晰，论述详略得当，是文化遗产与微生物研究有机结合的综合性学术著作，具有较高的学术水平和重要的学术价值。

陆寿麟

故宫博物院研究馆员

2022 年10 月7 日于北京

本文摘编自《文化遗产微生物》（汪万福主编. 北京 : 科学出版社，2024. 11）一书“前言”“后记”“序一”“序二”“第4章洞窟壁画彩塑微生物”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-079233-4

责任编辑：李迪高璐佳

本书内容系统全面、资料丰富新颖、结构逻辑严密，学科交叉特色显著，是研究文化遗产与微生物关系的综合性学术著作，可供高等院校文物与博物馆学、文物保护技术、文化遗产、考古学及生态学和微生物学等相关专业的师生阅读参考，亦可作为高等院校的教科书；可供文物博物馆及文化遗产保护管理单位从事文物保护修复及管理的工作者参考。

（本文编辑：刘四旦）