真空氮气灭菌对纸质文物微生物群落结构的影响

为什么旧纸需要无形的保镖

从手写的图纸到配给券，纸质文档默默保存着我们的共同记忆。但这些脆弱的记录正受到一种看不见的敌人持续侵蚀：以纸纤维为食的微生物，它们留下污渍、穿孔和崩裂的边缘。本研究向全球的博物馆和档案馆提出了一个务实的问题：当我们把珍贵纸张放入真空箱并充入氮气以杀灭微生物时，被纸张表面的微小生命世界究竟发生了什么？这种处理是否能从长期上让纸张更安全？

旧文献与它们隐藏的污斑

研究者选取了来自中国前苏区一家博物馆的三件不同纸质文物：一件1970年代的手稿、一册1949年的政治小册子和一张1972年的粮票。显微镜下，每件文物都显示出黄色或深褐色的斑块，有时伴随微小颗粒和毛茸状结构——这是微生物生长及其代谢产物的可见痕迹。尽管三件物品都在受控的温湿条件下保存，它们表面依然栖息着丰富的微生物群落，因为纸张中纤维素、半纤维素和木质素的混合，为细菌和真菌提供了几乎取之不尽的“自助餐”。

把历史放进气体舱（更安全地）

为了观察真空氮处理如何改变这些微观群落，团队将文物置于专用舱中。首先抽低气压并维持两天，以剥夺氧气并使微生物细胞失水。然后以较高压力引入高纯度氮气持续一天，随后放气。该过程旨在抑制微生物代谢并损伤其细胞结构，同时不损害纸纤维和印刷墨迹——与某些可能对文物有毒或造成物理损伤的传统灭菌方法不同。

用DNA解读微生物普查

研究者没有局限于培养少数微生物，而是采用高通量DNA测序，对每件文物处理前及处理后60天的细菌和真菌群落进行了广泛普查。这一方法能检测到许多在实验室难以或无法培养的物种。结果显示，氮气灭菌并非将微生物全部清除，而是重塑了群落结构。曾经在表面占主导的一些细菌——包括那些以分解纤维素、削弱纸张著称的群体——相对减少；而耐低氧、细胞壁坚韧、代谢较为灵活的细菌则相对增多。总体上，细菌多样性提高，群落更趋均衡，没有单一群体压倒性占优。

真菌换了“职业”，而非仅仅换了面孔

在真菌方面也观察到同样重要的转变。处理前，纸张主要被生长迅速、以消化死亡有机物为生的真菌定殖——正是那些会啃噬纸纤维的生物。氮气灭菌后，另一类真菌上位，许多来自通常与植物根系共生并具备强烈抗逆性的群体。通过生物信息学推断，主导的真菌生活方式已从侵略性分解转向不那么以分解纤维素和木质素为主的模式。同时，还出现更多发酵、形成孢子及其他生存策略的迹象，表明群落进入了一种更为休眠、破坏性更低的状态。

这对保护脆弱纸张意味着什么

对非专业读者来说，关键结论是：真空氮气处理并不会使纸张变得无菌和毫无生命。相反，它重塑了表面的微型生态系统，减少了那些以氧气为主、积极攻击纸张的微生物，倾向于保留更能耐受低氧的坚韧物种，这些物种不太可能造成快速破坏。该方法对文物本身似乎较为温和，同时将微生物群落推向更为平静和稳定的平衡状态。作者认为，氮气灭菌是保护纸质文物的有价值工具，尤其是与气候控制等其他措施结合使用。理解处理后微生物角色的变化，能帮助修复与保存工作者设计出能让历史纸张长期保存下去的策略。

引用: Miao, B., Dong, J., Zhu, Z. et al. Impact of vacuum nitrogen sterilization on the microbial community structure of paper-based cultural relics. npj Herit. Sci. 14, 277 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02531-6

关键词: 纸张保护, 真空氮气灭菌, 微生物群落, 文化遗产, 生物劣化