熱帶雨林環(huán)境霉菌試驗(yàn)菌種篩選研究

劉劍，王沖文，趙宏坤，楊玉萍，趙遠(yuǎn)榮，劉艷芳，王喬方，肖建軍，戈帆，楊品杰

（國(guó)營(yíng)第二九八廠，昆明 650114）

自然界的霉菌種類繁多，在已知霉菌中對(duì)工業(yè)材料具有腐蝕作用的就多達(dá)四萬(wàn)余種。武器裝備在服役期內(nèi)會(huì)出現(xiàn)由于霉菌腐蝕而造成性能降低甚至直接無(wú)法使用的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)空軍每年花費(fèi)的總維修費(fèi)用中有1/4是用于解決由霉菌腐蝕引起的裝備故障問(wèn)題[1]。霉菌試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)提供合適的溫度、濕度等條件促使霉菌生長(zhǎng)，以檢驗(yàn)裝備的耐霉能力。其試驗(yàn)結(jié)果能為裝備改進(jìn)防霉設(shè)計(jì)、工藝制造、裝備使用及修理維護(hù)等提供可靠依據(jù)[2-3]。目前我國(guó)軍用裝備進(jìn)行霉菌試驗(yàn)主要依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是 GJB 150.10A《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第10部分：霉菌試驗(yàn)》，由于霉菌種類較多，且分布存在地域和環(huán)境差異，除GJB 150.10A中給出的10種試驗(yàn)霉菌外，自然界中還有很多霉菌會(huì)對(duì)裝備造成腐蝕影響[4]。

熱帶雨林氣候的高溫高濕環(huán)境為霉菌提供了良好的生長(zhǎng)條件，因此，軍用裝備在熱帶雨林環(huán)境中的霉菌腐蝕問(wèn)題非常明顯。文中介紹了GJB 150.10A中的霉菌試驗(yàn)菌種種類及來(lái)源，并通過(guò)采集、鑒定和分析西雙版納熱帶雨林環(huán)境空氣中和裝備上生長(zhǎng)的霉菌，根據(jù)其對(duì)裝備材料的腐蝕情況，篩選出在熱帶雨林環(huán)境中使用裝備進(jìn)行霉菌試驗(yàn)的添加菌種，以便更加準(zhǔn)確地評(píng)定裝備長(zhǎng)霉程度，為提高裝備的環(huán)境適應(yīng)性研究提供一定的數(shù)據(jù)支持。

1 GJB 150A.10A霉菌試驗(yàn)菌種來(lái)源

美軍在1962年發(fā)布了MIL-STD-810《空間及陸用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》作為其軍事和工業(yè)部門的環(huán)境試驗(yàn)準(zhǔn)則，隨著材料和裝備應(yīng)用的不斷發(fā)展，美軍對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了多次修訂，到2008年最新的標(biāo)準(zhǔn)修訂到了MIL-STD-810G版本[5-6]。目前MIL-STD-810試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)被世界許多國(guó)家都認(rèn)可，我國(guó)武器裝備環(huán)境可靠性試驗(yàn)使用的GJB 150《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》于1986年發(fā)布，其內(nèi)容主要是參考 MIL-STD-810D而制訂的[7]。到 2009年我國(guó)又等效采用了美軍標(biāo)MIL-STD-810F《環(huán)境工程考慮和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)》，并將原來(lái)的試驗(yàn)條件一節(jié)改為裁剪指南[8]，修訂后形成標(biāo)準(zhǔn)GJB 150A《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》。其剪裁標(biāo)準(zhǔn)更加重視信息的收集和應(yīng)用，不再規(guī)定試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)順序、試驗(yàn)條件和試驗(yàn)程序，只提供有關(guān)數(shù)據(jù)、資料、基本試驗(yàn)程序和剪裁技術(shù)指南[9]。相比GJB 150而言[10]，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)可以避免簡(jiǎn)單套用菜單式標(biāo)準(zhǔn)所帶來(lái)的過(guò)設(shè)計(jì)、過(guò)試驗(yàn)或欠設(shè)計(jì)、欠試驗(yàn)問(wèn)題，具有很大的靈活性，科學(xué)性也更強(qiáng)。自此我國(guó)軍用裝備環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)由原來(lái)的引用型轉(zhuǎn)變?yōu)榧舨眯蚚11]。

在GJB 150.10A《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第10部分：霉菌試驗(yàn)》中，選定了兩組菌種作為霉菌試驗(yàn)的選擇菌種。第一組菌種包含：黑曲霉、土曲霉、宛氏擬青霉、繩狀青霉、赭綠青霉、短柄帚霉和綠色木霉；第二組菌種包含：黃曲霉、雜色曲霉、繩狀青霉、球毛殼霉和黑曲霉[12]。軍用裝備進(jìn)行霉菌試驗(yàn)常選擇第二組菌種，見(jiàn)表1。經(jīng)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，雖然美軍標(biāo)也經(jīng)過(guò)多次修訂，但到目前的 MIL-STD-810G中霉菌試驗(yàn)部分仍然采用這五種霉菌，主要是由于這五種霉菌具有在世界范圍分布廣、生態(tài)穩(wěn)定性好和對(duì)材料腐蝕影響大等特點(diǎn)[13]。

表1 GJB 150A霉菌試驗(yàn)菌種

我國(guó)曾有一些部門在不同材料上進(jìn)行過(guò)霉菌分離試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2[14]，基本都含有表1中的五種霉菌，再次說(shuō)明其穩(wěn)定性好、在世界范圍分布廣、在裝備材料上生長(zhǎng)頻率高，是材料霉菌腐蝕問(wèn)題的重要來(lái)源。此外，GJB 150.10A《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第10部分：霉菌試驗(yàn)》菌種剪裁指南中指出：如果有需要可在選定其中一組菌種的基礎(chǔ)上額外增加其他霉菌菌種，增加的菌種應(yīng)按其對(duì)材料的降解情況來(lái)選擇[15]。西雙版納自然環(huán)境試驗(yàn)站是我國(guó)唯一一個(gè)熱帶雨林環(huán)境試驗(yàn)站，年平均溫度為 21.6 ℃，平均相對(duì)濕度為83%，平均降雨量為1713 mm，屬于典型的熱帶雨林氣候[16]。這種高溫高濕的環(huán)境非常適合霉菌的生長(zhǎng)，是開(kāi)展裝備材料霉菌試驗(yàn)研究的極佳選擇地。

表2 菌種收集分離

2 西雙版納熱帶雨林環(huán)境優(yōu)勢(shì)菌種

2.1 儀器與材料

試驗(yàn)所用主要儀器有：QT30六級(jí)篩孔微生物撞擊器（美國(guó)SKC公司）；φ90 mm玻璃平板；沙氏培養(yǎng)基；PDA培養(yǎng)基；高溫高壓滅菌鍋；恒溫霉菌培養(yǎng)箱；超凈工作臺(tái)等。

2.2 菌種采集與鑒定

不同種類霉菌的最適合生長(zhǎng)溫度和濕度各不相同，分別于2016年11月—2017年9月的四個(gè)不同季度用撞擊法采集西雙版納試驗(yàn)站空氣中的菌種。采集器通過(guò)抽氣動(dòng)力作用，使進(jìn)口處空氣形成高速氣流，從而將懸浮在空氣中的孢子由小孔吸入并撞擊到放于采集器內(nèi)部的沙氏培養(yǎng)基上，將裝培養(yǎng)基的平板倒置放在恒溫霉菌培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。把培養(yǎng)后的霉菌接種到PDA培養(yǎng)基上進(jìn)行分離純化，再根據(jù)霉菌的生長(zhǎng)特性和形貌特征結(jié)合分子生物學(xué)進(jìn)行霉菌種類分 析鑒定[17-18]，各季度采集的霉菌鑒定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 霉菌鑒定結(jié)果

2.3 結(jié)果分析

對(duì)四個(gè)季度中采集到的菌種進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選出各季度中菌種累計(jì)數(shù)量占比大于10%的菌種，視為各季度的優(yōu)勢(shì)菌種。西雙版納試驗(yàn)站空氣中四個(gè)季度的優(yōu)勢(shì)菌種及對(duì)材料的影響見(jiàn)表 4，共有 12株。結(jié)果表明，不同季度由于環(huán)境因素差異，四個(gè)季度空氣中的優(yōu)勢(shì)菌種也存在差異。將空氣中采集的優(yōu)勢(shì)菌種與GJB 150.10A中給的試驗(yàn)菌種相比較發(fā)現(xiàn)：兩者間共同含有的菌種只有黃曲霉，這反映出菌種分布的地域性和環(huán)境差異性。由于西雙版納屬于典型的熱帶雨林氣候，植被生長(zhǎng)茂盛，因此，空氣中的優(yōu)勢(shì)菌種多以木材腐蝕為主，其中有6株優(yōu)勢(shì)菌種對(duì)皮革、紡織品、纖維、塑料等工業(yè)材料具有腐蝕作用。

表4 空氣中優(yōu)勢(shì)菌種

3 西雙版納環(huán)境裝備上敏感菌種

3.1 菌種采集與鑒定

霉菌試驗(yàn)的最終目的是檢測(cè)裝備材料的長(zhǎng)霉程度，為裝備研制、生產(chǎn)、使用和維護(hù)提供數(shù)據(jù)參考[19]。因此，將相應(yīng)裝備材料直接放在自然環(huán)境中進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)非常有必要，可以更直觀地反映出裝備的問(wèn)題和不足，其試驗(yàn)結(jié)果具有較強(qiáng)的針對(duì)性和可信度。使用經(jīng)高溫滅菌鍋滅菌處理的竹簽，挑取西雙版納試驗(yàn)站內(nèi)正在進(jìn)行自然環(huán)境試驗(yàn)的各種裝備上生長(zhǎng)的霉菌于PDA培養(yǎng)基試管斜面上，并進(jìn)行培養(yǎng)、分離、純化、鑒定，以研究熱帶雨林環(huán)境中裝備上的敏感菌種。

3.2 結(jié)果分析

表5為在不同裝備材料上采集的菌種，發(fā)現(xiàn)西雙版納熱帶雨林環(huán)境中的霉菌對(duì)橡膠材料腐蝕較為嚴(yán)重。與表4空氣中采集到的優(yōu)勢(shì)菌種相比，材料上生長(zhǎng)的霉菌與空氣中的優(yōu)勢(shì)菌種只有變紅鐮孢和Letendraea helminthicola重合，而裝備上生長(zhǎng)的大多數(shù)菌種并未在空氣中采集到，說(shuō)明空氣中只要存在少量霉菌孢子落在裝備上便會(huì)生長(zhǎng)，并最終對(duì)裝備造成腐蝕影響，屬于裝備材料的敏感菌種。

表5 不同裝備上采集菌種

4 結(jié)語(yǔ)

文中介紹了GJB 150.10A《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第10部分：霉菌試驗(yàn)》中霉菌試驗(yàn)菌種的來(lái)源，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)中的剪裁指南，通過(guò)撞擊法采集西雙版納熱帶雨林環(huán)境中的霉菌。根據(jù)霉菌的生長(zhǎng)特性和形貌特征結(jié)合分子生物學(xué)進(jìn)行霉菌種類分析鑒定，最終得到各季度的優(yōu)勢(shì)菌種共12株，其中6株對(duì)工業(yè)材料有腐蝕作用。挑取版納試驗(yàn)站內(nèi)裝備材料上生長(zhǎng)的菌種，并進(jìn)行鑒定分析，得到10株對(duì)裝備材料會(huì)造成腐蝕影響的敏感菌種，這些菌種可考慮作為熱帶雨林環(huán)境使用裝備進(jìn)行霉菌試驗(yàn)時(shí)的添加菌種。相應(yīng)材料進(jìn)行霉菌試驗(yàn)時(shí)可考慮添加的菌種種類為：皮革——歧皺青霉Penicillium steckii、Aspergillus minisclerotigenes、黃曲霉Aspergillus flavus、Letendraea helminthicola；紡織品——尖孢枝孢Cladosporium oxysporum、黃曲霉Aspergillus flavus；纖維——Leptosphaerulina chartarum；塑料——Aspergillus minisclerotigenes；橡膠——Acremonium gamsii、Ochroconis mirabilis、暗色環(huán)紋炭團(tuán)菌Annulohypoxylon stygium、焦曲霉 Aspergillus ustus、Gyrothrix circinata、Gyrothrix circinata、禾谷鐮刀菌 Fusarium graminearum、變紅鐮孢Fusarium incarnatum、Cladosporium flabellifforme、長(zhǎng)枝木霉 Trichoderma longibrachia-tum，其中變紅鐮孢Fusarium incarnatum在第一季度、第四季度和橡膠材料上都出現(xiàn)，可作為裝備霉菌腐蝕研究的重點(diǎn)菌種。