紙質(zhì)檔案的空間差異導(dǎo)致真菌群落不同演化——以福州、漳州和龍巖為例

摘? 要：以福建省3個不同存放點（福州、漳州和龍巖）的紙質(zhì)檔案為研究對象，分析紙質(zhì)檔案的真菌群落。發(fā)現(xiàn)不論存放時間是否有差異，同一存放點的紙質(zhì)檔案破損程度較為相似，且真菌群落組成和多樣性也較為相似。福州、龍巖和漳州3個存放點紙質(zhì)檔案破損程度差異較大，與存放時間沒有直接關(guān)系，但真菌群落組成具有較大的空間差異。采用高通量測序的方法解析出曲霉菌和木霉菌是福建省紙質(zhì)檔案破損的主要真菌。本研究表明紙質(zhì)檔案破損的內(nèi)在原因是空間差異導(dǎo)致真菌群落的不同演化。

關(guān)鍵詞：紙質(zhì)檔案;真菌;存放時間;存放環(huán)境;破損

Abstract： The fungal communities in paper Archives from three different storage places （Fuzhou， Zhangzhou and Longyan） in Fujian Province were analyzed. The damage degree of paper Archives and the composition and diversity of fungal community in paper Archives from the same storage place was similar， regardless of the storage duration. The damage degree of paper Archives in Fuzhou， Longyan and Zhangzhou was different， which was not directly related to the storage duration， while the fungal community compositions were greatly and spatially different between each other. Further sequencing analysis showed that Aspergillus and Trichoderma were the main harmful fungi to the preservation of paper Archives in Fujian Province. This study shows that the underlying mechanism for the damage of paper Archives could be ascribed to the spatial differentiation of storage places， which lead to the differential fungal community compositions.

Keywords： Paper archives; Fungi; Storage duration; Storage surroundings; Damage

紙質(zhì)檔案保存面臨諸多問題，除人為因素外，微生物作用是影響紙質(zhì)檔案保存的重要過程。[1]微生物，尤其是真菌可以在紙張表面生存，降解纖維素和膠質(zhì)、破壞紙張結(jié)構(gòu)、影響紙張質(zhì)量和完整性，進(jìn)而使紙張褪色，嚴(yán)重時甚至破裂成碎片，后期的補(bǔ)救和修復(fù)也難以恢復(fù)原貌，從而降低紙質(zhì)檔案的質(zhì)量和使用壽命。此外，真菌還能分泌一些毒素，對檔案管理人員的皮膚、呼吸道和血小板等身體部位的健康狀況造成嚴(yán)重影響，甚至發(fā)生癌變。[2]因此，了解檔案存放地點的真菌群落結(jié)構(gòu)對紙質(zhì)檔案的保存有著重要作用。

紙質(zhì)檔案破損的內(nèi)在原因仍不明確。盡管已有研究發(fā)現(xiàn)紙質(zhì)檔案的破損主要是由微生物引起，但關(guān)于紙質(zhì)檔案在不同保存環(huán)境下的微生物群落有何差異尚不清楚。另外，以往紙質(zhì)檔案的微生物群落研究主要采用培養(yǎng)基培養(yǎng)菌落的方法，雖簡單易操作，能夠獲得目標(biāo)微生物的具體數(shù)量，但是菌落的物種分類信息不齊全，且容易忽視含量較少的微生物。此外，絕大多數(shù)的微生物不可培養(yǎng)，利用培養(yǎng)基培養(yǎng)的方法可能忽略了部分有害微生物的種類和多樣性信息。

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，基于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）的高通量測序技術(shù)成為研究微生物群落更加可靠的手段，克服了傳統(tǒng)方法的不足，可鑒定痕量的微生物，但該方法至今很少被運用于紙質(zhì)檔案的微生物研究中。[3]

空間差異的研究方法可為揭示檔案破損與保護(hù)的內(nèi)在原因提供有效依據(jù)。福建省位于我國東南沿海地區(qū)，靠近北回歸線，受季風(fēng)環(huán)流和地形的影響，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。高溫高濕的環(huán)境為真菌的生長提供了有利條件，可加快環(huán)境微生物的繁殖和代謝，降低紙張耐用性，使得紙質(zhì)檔案保存面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，本研究選取福建省福州市、漳州市和龍巖市3個具有氣候過渡區(qū)特點的城市的紙質(zhì)檔案為研究對象，利用高通量測序，探析真菌群落組成和多樣性對紙質(zhì)檔案保存的影響，解析可能危害紙質(zhì)檔案保存的主要真菌，為紙質(zhì)檔案的長期保存提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 實驗設(shè)計與采樣。根據(jù)氣候特點不同，分別選取福州、漳州和龍巖3個城市作為研究地點。福州屬典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫為19.8 ℃，年平均降水量為1390 mm。最熱月為7月—8月，平均氣溫為33～37 ℃，極端氣溫最高42.3 ℃，是中國四大火爐城市之一。

漳州屬于南亞熱帶海洋季風(fēng)氣候，年平均氣溫為21.3 ℃，年平均降水量為1600 mm，夏季受臺風(fēng)影響大，易發(fā)生洪澇災(zāi)害與風(fēng)暴潮。龍巖屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為20℃，年平均降水量為1720 mm。2018年6月，分別采集研究地點的紙質(zhì)檔案樣品，每個采樣點采集兩個樣品。福州市的樣品采樣于福州某大學(xué)檔案館木柜的20世紀(jì)50年代檔案和鐵皮柜的50年代檔案，漳州市的樣品采集于漳州市云霄縣檔案館密集架上民國時期檔案和20世紀(jì)50年代檔案，龍巖市樣品采樣于龍巖永定區(qū)存放在木柜的20世紀(jì)70年代的檔案和密集架20世紀(jì)90年代檔案。這些紙質(zhì)檔案均出現(xiàn)了不同程度的破損。采樣過程中用棉簽小心收集紙質(zhì)檔案表面、縫隙處的顆粒物。

為防止微生物污染，采樣過程用的棉簽、手套和樣品袋均已消毒滅菌。采集后的樣品立即置于放有冰袋的保鮮盒內(nèi)，寄往北京奧維森基因科技有限公司分析。

1.2 高通量測序與分析。北京奧維森基因科技有限公司對樣品進(jìn)行真菌ITS的高通量測序。

簡要步驟如下：使用針對真菌ITS區(qū)的特異性引物ITS1和ITS2對真菌進(jìn)行PCR擴(kuò)增。擴(kuò)增結(jié)束后，將PCR產(chǎn)物切膠純化。然后，按照試劑盒標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行建庫，質(zhì)控后的數(shù)據(jù)最終利用Illumina Miseq測序平臺進(jìn)行測序。所有下機(jī)雙端原始序列利用FLASH軟件進(jìn)行合并，然后進(jìn)行后續(xù)序列分析。[4]檢測含有嵌合體的序列，并刪除無效序列。將篩選出的高質(zhì)量序列按照97%的相似度劃分最小分類單元（OTU），[5]挑選代表性序列，并與UNITE數(shù)據(jù)庫比對，注釋分類。

1.3 數(shù)據(jù)分析。對不同采樣點的真菌群落進(jìn)行分析，主要包括（1）種內(nèi)多樣性分析，分析指標(biāo)包括查奧指數(shù)，觀察物種指數(shù)和香農(nóng)指數(shù);（2）群落分布特征分析，分析方法采用偏最小二乘法判別分析;（3）群落組成及其相對百分比進(jìn)行解析。數(shù)據(jù)分析在奧維森智能分析云平臺完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 紙質(zhì)檔案保存現(xiàn)狀。福建省3個采樣點的紙質(zhì)檔案樣品基本信息如表1所示。檔案存放時間跨度從民國時期到20世紀(jì)90年代，根據(jù)破損程度不同分為重度、中度和輕微破損。福州存放的紙質(zhì)檔案大部分破損嚴(yán)重，定義為重度破損;漳州存放的紙質(zhì)檔案大部分為輕微破損，小部分破損較為嚴(yán)重，定義為中度破損;龍巖存放的紙質(zhì)檔案大部分較為完整，只有少量輕微破損，定義為輕微破損。

同一采樣點的紙質(zhì)檔案破損程度較為接近，但存放時間不盡一致，說明在外部環(huán)境相近的條件下，存放時間的差異可能不是紙質(zhì)檔案受損的主要因素。不同采樣點紙質(zhì)檔案破損程度不一致，說明存放環(huán)境可能是檔案受損的主要因素。由于微生物對環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，為研究真菌對不同環(huán)境的響應(yīng)，需深入分析不同采樣點的微生物信息。

2.2 紙質(zhì)檔案真菌種內(nèi)多樣性。通過分析真菌的種內(nèi)多樣性指數(shù)考察不同存放地點紙質(zhì)檔案的真菌多樣性，分析指標(biāo)包括查奧指數(shù)，觀察物種指數(shù)和香農(nóng)指數(shù)，結(jié)果如表2。

其中，查奧指數(shù)和物種指數(shù)代表物種數(shù)，香農(nóng)指數(shù)代表群落多樣性。總體上看，龍巖樣品物種數(shù)最多，漳州樣品多樣性最高，福州樣品物種數(shù)較多但多樣性較低。具體上看，龍巖紙質(zhì)檔案真菌物種數(shù)量最多，福州次之，漳州最低。但從群落多樣性看，漳州最高，龍巖次之，福州最低。福州樣品破損最為嚴(yán)重且香農(nóng)指數(shù)最低，較低的多樣性對應(yīng)真菌分布的不均勻，說明福州樣品真菌分布比較單一;龍巖樣品輕微破損且物種數(shù)最多，說明真菌種類豐富度可能是影響紙質(zhì)檔案保存的重要因素。對種內(nèi)多樣性的分析結(jié)果表明，紙質(zhì)檔案的保存是真菌豐富度和多樣性共同作用的結(jié)果。

2.3 紙質(zhì)檔案真菌群落組成。為分析福建省3個采樣點的真菌群落的差異，利用偏最小二乘法判別法（PLS-DA）對福建省3個采樣點紙質(zhì)檔案的真菌群落結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行二維排列（圖1），發(fā)現(xiàn)福州、龍巖和漳州3個城市樣品的真菌群落分別分布于不同的象限，說明不同城市間真菌群落均差異較大。

福州的2個樣品存放時間相同，空間距離更為相近。龍巖和漳州的2個樣品存放時間有較大差異，空間距離較福州遠(yuǎn)，但總體上同一城市的真菌群落可歸為同一個簇。以上分析表明，相同存放地點的真菌群落結(jié)構(gòu)較為相似，不同存放地點的真菌群落結(jié)構(gòu)差異較大。結(jié)合不同城市檔案保存的現(xiàn)狀，分析空間地點環(huán)境的差異可能是真菌群落差異，進(jìn)而導(dǎo)致檔案不同程度破損的主要原因。

在屬水平對不同存放點的紙質(zhì)檔案真菌群落進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)大部分為無法鑒定的真菌，說明紙質(zhì)檔案真菌群落組成較為復(fù)雜，需要深入研究。進(jìn)一步提取對紙質(zhì)檔案損壞有害的微生物進(jìn)行分析，結(jié)果如表3。

發(fā)現(xiàn)主要有害真菌為曲霉菌和木霉菌，另外還存在相對豐度較低的裂褶菌、銀耳菌、白腐菌、籃狀菌和擲孢酵母菌。福州樣品可以檢測到曲霉菌的相對豐度較高（16.02%），龍巖樣品也能檢測到一定數(shù)量的曲霉菌，達(dá)7.66%。漳州樣品可以檢測到相對較少的曲霉菌（3.73%），但木霉菌的相對豐度較高，達(dá)到14.91%。其余有害真菌的相對豐度均較低（<3%）。除了曲霉菌和木霉菌之外的其他有害真菌的分布情況為漳州高于龍巖高于福州，這從另一方面證明了生物多樣性為漳州最高，龍巖次之，福州最低。

3 討論

本研究選取存放時間跨度較大的樣品，根據(jù)氣候特點不同，研究具有空間差異的樣品真菌群落，進(jìn)而探討紙質(zhì)檔案破損的內(nèi)在原因。通過新一代高通量測序的方法對真菌群落進(jìn)行分析，在一定程度上能夠反映真菌在紙質(zhì)檔案長期保存過程中的基本分布情況，彌補(bǔ)了基于培養(yǎng)基培養(yǎng)方法的缺陷，有利于進(jìn)行紙質(zhì)檔案真菌群落組成的研究。今后，高通量測序與傳統(tǒng)培養(yǎng)基培養(yǎng)的方法相結(jié)合可能是研究紙質(zhì)檔案微生物群落組成的重要手段。

本研究中，福州的紙質(zhì)檔案受損最為嚴(yán)重，漳州次之，龍巖最輕。有害真菌一般在高溫高濕的環(huán)境中滋生，也可以通過灰塵進(jìn)行傳播。[6]

本研究涉及的3個城市中，福州東臨東海，地勢西高東低，是典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，3月—4月是春雨季，陰雨綿綿，氣溫變化較大，冷熱多變;5月—6月是梅雨季節(jié);7月—8月受臺風(fēng)影響暴雨頻繁;加之夏季極端高溫和盆地地形，使得水汽和熱量不易散失，年平均濕度達(dá)到77%，高溫高濕為有害真菌的生長提供了有利的環(huán)境，因此盡管保存時間不是最久的，但紙質(zhì)檔案受損最為嚴(yán)重。

漳州地處平原，西北多山，東南濱海，夏季溫度和濕度較福州較低。漳州的紙質(zhì)檔案存放時間比福州長，破損情況卻沒有福州嚴(yán)重，這也從另一方面說明了福州采樣點的檔案存放環(huán)境更有利于有害真菌滋長，更不利于紙質(zhì)檔案的保存。盡管龍巖年平均降水量高，但地處山區(qū)，海拔較高，距離沿海較遠(yuǎn)，不像漳州和福州6月—9月會受臺風(fēng)帶來的暴雨影響，濕度低;全年氣候溫和，夏季平均氣溫較福州和漳州較低。另外，龍巖紙質(zhì)檔案真菌豐富度較高（表2），說明保存環(huán)境更為友好，不利于有害真菌的大量滋生，這可能是龍巖紙質(zhì)檔案較為完整的重要因素。環(huán)境，尤其是溫度和濕度，可能是造成紙質(zhì)檔案破損的主導(dǎo)因素。另外，對真菌群落分布的研究也表明，相同采樣點的真菌群落差異較小，而不同采樣點之間差異較大（圖1），這說明真菌的群落分布特點與環(huán)境密切相關(guān)。

不同儲存地點的有害真菌群落組成存在差異，影響紙質(zhì)檔案的保存。福州樣品可檢測到豐度較高的曲霉菌（16.02%，表3）。曲霉菌是一種淀粉糖化菌，屬于常見的淀粉分解菌，同時具有很強(qiáng)的膠質(zhì)分解能力。淀粉是檔案載體中最豐富的物質(zhì)，糖在檔案制成材料中也有一定含量，膠質(zhì)是檔案的重要黏合物之一。因此，對福州地區(qū)紙質(zhì)檔案的重要防護(hù)目標(biāo)真菌應(yīng)為曲霉菌，紙質(zhì)檔案的淀粉和膠質(zhì)的使用和保護(hù)顯得更為重要。曲霉菌。漳州樣品也檢測到一定豐度的曲霉菌（3.73%），另有較多的木霉菌（14.91%）（表3），因此漳州樣品破損的主導(dǎo)真菌可能為木霉菌。另外也發(fā)現(xiàn)了少量的裂褶菌、銀耳菌和白腐菌（表3）。木霉菌具有分解纖維素和膠質(zhì)的作用，對漳州地區(qū)紙質(zhì)檔案的防護(hù)應(yīng)該注重對木霉菌的防護(hù)，纖維素和膠質(zhì)可能是重要的分解對象，同時注意多種真菌的交叉作用。龍巖樣品破損較為輕微，檢測出了一定豐度的曲霉菌（7.66%，表3）該豐度值低于福州市但高于漳州市，應(yīng)引起重視。除曲霉菌和木霉菌之外，在3個采樣點也檢測出了少量的其他有害菌屬，它們對紙質(zhì)檔案也具有一定的副作用。比如，裂褶菌含有較強(qiáng)活性的纖維素酶，能產(chǎn)生各種酸性物質(zhì)（蘋果酸、有機(jī)酸、吲哚乙酸），具有降解一系列有機(jī)物質(zhì)的能力[7];銀耳菌可與其他微生物共同作用，分解纖維素、木質(zhì)素、淀粉等。白腐菌能分泌胞外氧化酶降解木質(zhì)素和纖維素，可以促使木質(zhì)腐爛成為淡色的海綿狀團(tuán)塊。[8]擲孢酵母菌能進(jìn)行脫氨作用，進(jìn)而水解蛋白質(zhì)，而檔案的明膠部分含有豐富的蛋白質(zhì)。這些真菌都能在一定程度上破壞紙質(zhì)檔案，需要引起注意。鑒于曲霉菌和木霉菌對福建省紙質(zhì)檔案的嚴(yán)重危害作用，未來的研究和紙質(zhì)檔案保存中應(yīng)對其加以鑒別和重視，以確保降低紙質(zhì)檔案老化，促進(jìn)長期保存。

盡管時間可能不是影響檔案保存最主要的因素，但本研究尚無法證明更長的時間跨度下是否存在真菌群落演化的反饋，如筆者曾經(jīng)對同一地點時間跨度達(dá)50年和80年的紙質(zhì)檔案的真菌進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)時間越久紙質(zhì)檔案的真菌群落越為復(fù)雜。[9]因此，在一定時間范圍內(nèi)，真菌的演化以環(huán)境差異為主，但超過一定時間后的主導(dǎo)因素還有待深入研究。以后的研究中需要探討更長時間和更大空間尺度上的真菌群落演變規(guī)律。

4 總結(jié)與展望

本研究的主要結(jié)論為：（1）福建省紙質(zhì)檔案保存受地域和氣候影響較大，距離沿海越近越容易破損，龍巖保存較為完好，漳州次之，福州破損最為嚴(yán)重;（2）福建省紙質(zhì)檔案破損的主要真菌為曲霉菌和木霉菌，同時伴隨其他豐度較低的有害真菌;（3）相同存放地點的真菌群落結(jié)構(gòu)較為相似，不同存放地點真菌群落差異較大，空間差異導(dǎo)致的環(huán)境差異可能是驅(qū)動真菌群落不同的主導(dǎo)因素。

基于以上研究，為了降低紙張老化和檔案破損程度，延長紙質(zhì)檔案使用壽命，提出以下建議：（1）優(yōu)化紙質(zhì)檔案存放地點。選擇檔案庫房建設(shè)地址之前應(yīng)對環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，盡量選擇受沿海氣候影響較小的場所，遠(yuǎn)離潮濕的地形，同時要避免陽光直射。（2）提前或定期開展檔案室環(huán)境微生物的檢測工作。選擇有害真菌較少的地點進(jìn)行檔案保存，針對特定的有害真菌進(jìn)行物理或者化學(xué)處理。（3）改進(jìn)紙質(zhì)檔案載體材料。在材料方面使用難分解的新型膠質(zhì)或可替代黏合劑。（4）調(diào)控檔案保存環(huán)境，優(yōu)化環(huán)境條件，控溫控濕，抑制有害真菌生長和代謝。在特殊時期用特殊辦法，比如全年最高溫的7月、8月應(yīng)通過開空調(diào)降溫、在3月—6月的雨季應(yīng)使用專業(yè)除濕機(jī)進(jìn)行除濕或者遠(yuǎn)紅外線干燥法等方法進(jìn)行有效控制。（5）檔案庫房應(yīng)加強(qiáng)日常管理，檔案入庫前，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的消毒;庫房應(yīng)保持清潔，定期投放五氯苯酚鈉、香葉醇長效抗霉靈等防霉劑，必要時采取消毒滅菌措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]李能樹，尹慧道，徐麗，戴旸，魏魏.檔案館庫房中微生物的研究[J].生物學(xué)雜志，2005（04）：41-43.

[2]王寧娟，張立志，王金翠.檔案庫房空氣中微生物生長情況初探[J].中國微生態(tài)學(xué)雜志，2007（01）：99.

[3] [9]陳惠瓊.紙質(zhì)檔案真菌群落分析——以80年和50年為例[J].檔案學(xué)通訊，2018（05）：81-84.

[4]CAPORASO JG，KUCZYNSKI J，STOMBAUGH J，BITTINGER K，BUSHMAN FD，COSTELLO EK，F(xiàn)IERER N，PENA AG，GOODRICH JK，GORDON JI，HUTTLEY GA，KELLEY ST，KNIGHTS D，KOENIG JE，LEY RE，LOZUPONE CA，MCDONALD D，MUEGGE BD，PIRRUNG M，REEDER J，SEVINSKY JR，TURNBAUGH PJ，WALTERS WA，WIDMANN J，YATSUNENKO T，ZANEVELD J，KNIGHT R.QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data[J].Nature methods，2010，7（05）：335?336.

[5]EDGAR RC，HAAS BJ，CLEMENTE JC，QUINCE C，KNIGHT R.Uchime improves sensitivity and speed of chimera detection[J].Bioinformatics，2011，27（16）：2194-2200.

[6]張永進(jìn)，王曉輝.高校檔案館紙質(zhì)檔案保存與保護(hù)方法研究與實踐[J].蘭臺世界，2018（05）：55-57.

[7]GEISER DM，LOBUGLIO KF，GUEIDAN C.Pezizomycotina：Eurotiomycetes[M].Systematics and Evolution.Springer，Berlin，Heidelberg，2015：121?141.

[8]SAITTA A，BERNICCHIA A，GORJON SP，ALTOBELLI E，GRANITO VM，LOSI C，LUNGHINI D，MAGGI O，MEDARDI G，PADOVAN F，PECORARO L，VIZZINI A.PERSIANI，AM.Biodiversity of wood-decay fungi in Italy[J].Plant Biosystems，2011，145（04）：958?968.