热带油画遗产的可培养微生物退化与挥发性精油抗菌潜力：哥斯达黎加Orosi两幅18世纪油画的生物膜及体外评价研究

《Microbiology Spectrum》：Microbial biodeterioration of 18th-century oil paintings in Orosi, Costa Rica, and in vitro evaluation of volatile essential oil components as antimicrobials

　　

摘要：微生物定殖（microbial colonization）是绘画退化的重要原因，导致褪色、颜料降解和结构完整性丧失。尽管温带气候中艺术品的生物退化（biodeterioration）已有研究，热带环境尽管其高湿度和温度可促进微生物生长，仍研究不足。本研究评估了位于哥斯达黎加Orosi殖民教堂与宗教艺术博物馆的La Muerte de San José和Virgen de Guadalupe两幅18世纪油画的微生物退化。研究人员采用VITEK 2、显微镜检查和基质辅助激光解吸电离–飞行时间质谱（matrix-assisted laser desorption ionization–time of flight mass spectrometry）分析分离并鉴定微生物，并评估其生物膜形成能力。此外，采用直接和间接接触试验检测六种精油组分的抗菌活性。共鉴定17个细菌类群和15个真菌属，其中Bacillus、Staphylococcus、Cladosporium和Aspergillus较常见。基于真菌分离物频率分布（fungal isolate-frequency distributions），Virgen de Guadalupe的Shannon–Wiener多样性指数高于La Muerte de San José。若干分离物表现出强生物膜形成，尤其是Bacillus subtilis/amyloliquefaciens/vallismortis和Staphylococcus saprophyticus。芳樟醇（linalool）表现出最强抑制活性，在非接触试验（non-contact assays）中实现完全细菌生长抑制。短期环境监测记录了8天测量期内温度、相对湿度（relative humidity, RH）和CO₂浓度的日变化。总之，这些结果表征了从两幅热带遗产绘画回收的可培养微生物，并确定挥发性精油组分为预防性保护中需进一步评估的候选物。

研究背景与目的：文化遗产油画含帆布、油性粘结剂和颜料等有机基质，易受微生物定殖与生物退化（biodeterioration，微生物活动导致材料性质改变和损坏）影响，出现褪色、颜料降解、纤维弱化和结构完整性丧失；生物膜（biofilm，微生物附着表面并由胞外聚合物包裹的群落）可增强黏附、持水、营养滞留及对清洗和环境胁迫的耐受，使退化持续。温带和干旱地区已有较多研究，但热带高湿高温环境及拉丁美洲教堂、博物馆中缺乏气候控制的历史绘画研究有限；常规合成杀生剂虽可降低微生物负荷，却可能改变颜料、影响粘结剂化学并带来健康和环境风险。为此，研究人员以哥斯达黎加Orosi殖民教堂与宗教艺术博物馆的两幅18世纪油画La Muerte de San José和Virgen de Guadalupe为对象，开展可培养微生物表征、生物膜形成评价、短期环境监测、真菌多样性分析及精油组分抗菌评价，以补充热带遗产微生物退化资料并探索可持续预防性保护候选物。

研究开展、结论与意义：研究人员于2022年8—12月采样，结合培养分离、VITEK 2、显微形态和基质辅助激光解吸电离–飞行时间质谱（matrix-assisted laser desorption ionization–time of flight mass spectrometry, MALDI-TOF MS）鉴定微生物；以微孔板法评价细菌生物膜形成；测试六种精油组分的直接接触和非接触抗菌活性；开展约8天温度、相对湿度（relative humidity, RH）和CO₂浓度监测；并进行原位X射线荧光光谱（X-ray fluorescence, XRF）颜料分析及真菌α、β多样性分析。结果共鉴定17个细菌类群和15个真菌属，Virgen de Guadalupe的真菌多样性高于La Muerte de San José；部分分离物具强生物膜形成能力；芳樟醇（linalool）在非接触条件下完全抑制三株代表性细菌。该研究将应用微生物学与遗产保护结合，为热带遗产绘画微生物退化监测和挥发性精油组分的预防性保护评估提供依据。

关键技术方法（≤250字）：样本来源为哥斯达黎加Orosi殖民教堂与宗教艺术博物馆的两幅18世纪油画La Muerte de San José和Virgen de Guadalupe；2022年8—12月以干棉签网格拭子采样，每画24个位点并设对照，另取画布背面和木框。采用培养分离、VITEK 2、显微形态和MALDI-TOF MS鉴定微生物；微孔板法评价生物膜形成；直接接触与非接触试验测试六种精油组分；2023年10月起约8天监测温度、RH和CO₂，并参考IMN Cerro Jucó站数据；原位XRF分析颜料；基于真菌分离物频率计算α、β多样性，并结合CIELAB色彩空间和Bhattacharyya距离作色彩–真菌空间叠加。

研究结果：微生物分离与鉴定—采样概览：两幅画均按网格选点，采样位点与无可见损伤对照位点分开，并补充画布背面和木框样本。细菌分离与鉴定：共回收80株细菌，33株鉴定为17个类群；La Muerte de San José鉴定9个类群，Virgen de Guadalupe鉴定11个类群；Bacillus altitudinis/pumilus、Staphylococcus saprophyticus和Sphingomonas paucimobilis在两画均检出；VITEK 2对Brucella melitensis的鉴定需谨慎解读。真菌分离与鉴定：共回收155株真菌，La Muerte de San José 43株、8个属，Virgen de Guadalupe 112株、15个属；常见类群包括Cylindrocarpon destructans、Cladosporium、Aspergillus、Penicillium等，未产孢或无法匹配者按透明真菌、黑色真菌等形态类别纳入多样性分析。细菌生物膜形成：11株可复苏菌株中，Staphylococcus saprophyticus和Bacillus subtilis/amyloliquefaciens/vallismortis为强生物膜形成者，Kocuria rhizophila为中等，其余为非黏附。精油组分的抗菌活性：非接触试验的抑菌圈通常大于直接接触试验；芳樟醇抑菌作用最强，非接触时对三株菌均完全抑制（直径8.7 cm）；α-松油醇、松油醇和桉叶油素也有明显活性；α-蒎烯活性最低；Staphylococcus saprophyticus最耐药，Bacillus subtilis/amyloliquefaciens/vallismortis最敏感；异丙醇直接接触有抑制作用而非接触无 detectable 抑制。环境条件：8天监测显示温度约23.5—26.0°C、RH约70%—82%、CO₂约300—410 ppm，并呈日变化，仅为短期快照。XRF：La Muerte de San José提示铅白、铅黄、铁氧化物、普鲁士蓝和Scheele绿；Virgen de Guadalupe提示铅白、朱砂、铁氧化物、普鲁士蓝和Scheele绿，背景Ti线不符合历史时期，VG77检出金线。多样性与统计分析：Virgen de Guadalupe的Chao1、Shannon–Wiener（H^′）和Simpson多样性高于La Muerte de San José；两幅Orosi绘画间Bray–Curtis相异度为0.46，与哥斯达黎加国家剧院数据为0.76—0.90；色彩邻近区域与真菌类别存在定性空间共现，但不作为推断性关联。

讨论部分总结：细菌中Bacillus spp.等可产孢、产胞外酶和纤维素酶，可能参与颜料改变和结构弱化；部分人源或环境相关类群的回收不能证明其来源。真菌中Aspergillus、Penicillium、Cladosporium和Fusarium等可产色素、有机酸和蛋白酶/纤维素酶，可能造成变色、盐结晶、开裂和剥落；Jahnula aquatica为首次从绘画帆布报道，其来源和影响尚待研究。生物膜可提供保护、持水和酶/酸作用，增强持久退化；S. saprophyticus和B. subtilis/amyloliquefaciens/vallismortis的强成膜能力提示其潜在保护相关意义。精油挥发物中，含氧萜类如芳樟醇和α-松油醇通常强于烃类柠檬烯和α-蒎烯，机制涉及膜通透性破坏；非接触试验抑制更广，但药量差异限制解释；其符合最小干预（minimal intervention）原则，仍需评估长期稳定性、材料兼容性和原位功效。环境监测仅短时，不能建立与微生物模式的因果关系；多样性比较仅限可培养真菌分离物集合，与泰国壁画数值相近但受方法差异限制。局限包括培养依赖、47株细菌未鉴定、仅好氧培养、干拭子保守采样、无艺术品外环境对照、仅两幅画及短期监测，不能推断总体微生物群或来源。

研究结论翻译：本研究表征了从Orosi两幅18世纪绘画回收的可培养微生物，并鉴定了先前与文化遗产材料生物退化相关的细菌和真菌类群。所选细菌分离物表现出生物膜形成能力，而若干回收真菌类群先前与绘画材料退化相关的酶活性有关。监测期间获得的环境测量为艺术品周围条件提供背景信息，但未确定微生物定殖发生时间，也未证明这些条件与回收微生物之间的因果关系。精油挥发性组分，尤其是芳樟醇和α-松油醇，显示出强抗菌作用且无需直接接触，提示其在预防性保护中的潜在用途。其气相允许在无物理接触绘画表面的情况下发挥抗菌活性，符合最小干预保护原则。未来研究应整合分子工具以更精确鉴定真菌，并采用宏基因组学方法（metagenomic approaches）更好理解遗产表面微生物生物膜动态。此外，建议在博物馆或教堂条件下对精油挥发物进行原位验证，以评估长期功效和材料兼容性。热带遗产艺术品的可持续保护将取决于制定综合保护方案，考虑微生物生态、环境管理和安全生物杀灭剂应用。