《PLOS One》：Curvularia lunata drives biodeterioration of PVC secondary cable insulation involving surface colonization, moisture retention and chemical deterioration
编辑推荐：
电力系统中电缆绝缘材料（cable insulation materials）的微生物降解是影响系统可靠性的关键问题。研究人员采用宏基因组分析（metagenomic analysis）揭示受污染变电站电缆上的微生物群落结构，确定新月弯孢菌（Curvulari
电力系统中电缆绝缘材料（cable insulation materials）的微生物降解是影响系统可靠性的关键问题。研究人员采用宏基因组分析（metagenomic analysis）揭示受污染变电站电缆上的微生物群落结构，确定新月弯孢菌（Curvularia lunata）为高压环境中优势真菌物种，随后分离鉴定菌株Curvularia lunata B3进行人工接种实验。研究人员利用扫描电子显微镜（SEM）、水接触角（WCA）测量、卤素水分分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）和LCR数字电桥测试等多维表征技术评估材料退化。结果表明，C. lunata定殖造成显著表面侵蚀，形成孔洞与沟槽；疏水性明显下降，水接触角由88.30±0.79°降至78.27±1.27°，60天内含水量逐渐升至约1.2%；化学分析显示微生物活动诱导PVC绝缘氧化与脱氯，C-Cl键减少并出现含氧官能团；系列电阻（Rs）下降、系列电容（Cs）上升，电气绝缘性能受损。该研究阐明真菌侵蚀电缆绝缘机制，为电力系统靶向防护策略提供科学依据。
研究背景方面，变电站二次电缆承担信号传输与控制功能，常处于高温高湿环境，易积累粉尘、水分及多样微生物群落。微生物活动可降解绝缘性能，引发电气故障甚至大范围停电。既有研究对微生物污染如何具体影响二次电缆绝缘、其物理化学与电气性能变化机制认识不足；传统微生物分析方法难以全面刻画群落多样性与侵蚀贡献，也缺乏将群落分析与材料表征相整合以建立特定微生物活动与电缆性能关联的系统性研究。因此，研究人员开展本研究，以明确高压环境下优势真菌对聚氯乙烯（PVC，polyvinyl chloride）二次电缆绝缘的劣化机制。
该论文发表于《PLOS One》。
主要关键技术方法上，研究人员以变电站受污染电缆为样本来源，开展宏基因组测序与分类注释以解析群落结构；分离Curvularia lunata B3并人工接种于ZA-KVVP2–22型二次电缆样品；采用SEM观察表面形貌，WCA评价润湿性，卤素水分分析仪测定含水率，FTIR与XPS分析化学结构与元素价态，LCR数字电桥测试交流等效串联电阻与电容，从而从微生物生态、材料微观结构、化学组成及电气响应多维度评价劣化过程。
研究结果如下。
微生物群落组成与关键物种筛选：研究人员对500 kV与35 kV变电站电缆污染样本进行宏基因组分析，发现子囊菌门（Ascomycota）占优势，曲霉属（Aspergillus）丰度最高；Curvularia在500 kV组显著富集。宏基因组注释至Curvularia clavata，而培养分离株经形态与ITS rRNA基因系统发育鉴定为Curvularia lunata，研究人员据此选定Curvularia lunata作为高压电缆污染代表模型生物。
Curvularia lunata形态特征：菌株B3在PDA上菌落呈灰黑色绒毛状，菌丝分隔、分枝，分生孢子深褐色、新月形、3—4细胞；PCR扩增ITS区约600 bp，邻接法系统发育树显示其与Curvularia lunata聚为一支，从形态与分子水平确认种属。
SEM分析：电缆表面形貌：对照组表面平整；接种后菌丝直径1—3 μm形成网络与早期生物膜；3个月出现0.5—2 μm凹陷与粗糙斑；6个月出现2—5 μm孔穴；9个月孔洞达5—15 μm、沟槽3—10 μm并伴微裂纹；12个月形成10—30 μm以上深沟与剥落。结论为真菌侵蚀由表面黏附逐步发展为基质破坏与不可逆结构劣化。
WCA分析：电缆表面润湿性：对照组水接触角88.30±0.79°，污染6个月降至78.27±1.27°，差异极显著（t=12.13，P<0.001）。研究表明疏水性下降源于表面极性基团增加与粗糙度改变，亲水性增强。
水分分析：电缆水分特征：对照组因培养基吸水在15天约0.8％后回落至约0.5％；接种组水分持续上升，60天约1.2％。研究人员认为菌丝网络保水、抑制蒸发及代谢产水使电缆长期处于高湿状态。
FTIR与XPS分析：电缆化学结构：FTIR显示污染后620 cm?1处C-Cl吸收峰衰减，3400 cm?1附近出现O-H/水吸附宽峰；XPS中C 1s于288.0 eV出现C=O峰，O 1s增强，Cl 2p的C-Cl峰减弱并伴Cl?信号。结论是C. lunata引起PVC表面氧化与脱氯，含氧官能团增加。
LCR电桥分析：电缆电气性能：1 kHz与10 kHz下污染组系列电阻（Rs）低于对照组，100 kHz差异不显著；系列电容（Cs）在各频率均显著升高（P<0.001）。研究人员指出生物膜、有机酸、水分与离子增强界面极化与低频离子传导，使交流阻抗降低、介电响应增强，绝缘隔离能力退化。
讨论部分总结：研究人员指出，宏基因组证明Curvularia lunata适应高压环境并可作为模型生物；SEM、WCA、水分、FTIR、XPS与LCR结果共同支持“表面定殖—物理损伤—保水增湿—氧化脱氯—电气退化”的协同机制。文献中其他Curvularia分离株产漆酶（laccase）、邻苯二甲酸酯类增塑剂界面迁移、有机酸侵蚀等可作解释框架，但本研究未直接鉴定B3酶谱与黑色素通路。富营养PDA为加速老化手段，无菌培养基对照已分离出真菌贡献；后续需补寡营养场境、不降解真菌对照、热致死菌生物质对照以区分物理穿透与生化侵蚀。WCA与水分有统计重复，SEM/FTIR/XPS为代表性区域分析；Rs为交流等效参数，直流绝缘电阻与泄漏电流仍需专门试验验证。
结论部分翻译：本研究中，研究人员通过系统调查阐明了微生物侵蚀二次电缆绝缘的机制。宏基因组分析显示受污染变电站电缆微生物群落以子囊菌门为主，Curvularia lunata为高压环境富集的关键真菌。通过菌株Curvularia lunata B3人工接种实验，研究人员证明该真菌以协同理化过程驱动材料退化：物理上菌丝穿透表面，产生大量微缺陷（孔隙与沟槽）并显著提高粗糙度；化学上酶活动诱导PVC基质脱氯与氧化，表现为C-Cl键丧失及极性含氧官能团形成。这些结构与化学变化使表面亲水性与持水性明显增强，电缆电气性能严重受损，表现为系列电阻下降与电容升高。该工作将微生物群落生态与电气材料工程联系起来，证明Curvularia lunata是绝缘失效的重要因子，并为开发靶向抗真菌策略与维护规程、保障电力系统可靠性提供理论基础。
