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《西南科技大学》 2016年
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嗜冷碳酸钙矿化菌对石质文物表面的模拟修复

张文静  
【摘要】:近年来,微生物技术作为一种新的研究方法开始在石材和石质文物保护工作中应用,并且受到越来越多国内外研究者的重视。细菌诱导的矿化沉积是一种有效修复、保护石质文物的方法。为探索碳酸钙生物矿化用于加固、修复石质文物表面结构的应用,本试验从黄龙风景区的高寒钙化水体中筛选出两株具有高产碳酸酐酶(CA)活力的嗜冷型矿化菌株;通过测定沉积过程的p H值及电导率变化来考察细菌对碳酸钙沉积过程的影响作用,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)等测试手段来探讨细菌对碳酸钙沉积生成的晶体形貌以及晶型的诱导调控作用;通过SEM和XRD等测试方法,分别对不同方法的短期作用和长期作用下在大理石表面生成的碳酸钙矿化层的晶体晶型晶貌进行表征。为检测嗜冷型碳酸酐酶产生菌诱导的矿化沉积层对大理石试件表面的修复效果,测定了矿化沉积过程中p H、试件表面矿化沉积量、试件表面吸水性与透气性、耐酸度、耐污性、耐酸蚀、耐碱蚀等性能变化。得到的主要结果如下:(1)黄龙高寒钙华沉积区水体中筛选得到了2株具有高产碳酸酐酶(CA)活力的嗜冷型矿化菌株SWU15-33和SWU18-10。2株菌的16S r DNA序列鉴定结果表明它们都是假单胞属细菌(Pseudomonas sp.)。菌株SWU15-10和SWU18-10的产酶条件优化结果表明它们的最优组合分别为温度15℃,培养时间12 h,p H 6.0,接种量2.0 m L以及温度15℃,培养时间24 h,p H 6.5,接种量2.0 m L。(2)供试菌株在不同初始p H和不同温度条件下都能促进碳酸钙沉积,形成的晶体均为方解石型,但其形貌却有着些微的差异。综合不同初始p H值以及不同温度处理下生成的碳酸钙晶体受影响的大小作用,发现菌株在初始p H值为8.0以及温度为10℃作用下对碳酸钙沉积的影响作用较为显著。(3)不同方法的长期试验和短期试验的活菌和灭活菌体都能在大理石表面成功地诱导出方解石型碳酸钙沉积,但生成的矿化沉积层的多少和晶体形貌都是不尽相同的。长期实验能达到更好的沉积和加固效果。(4)无论加了活的还是灭活的菌液都在大理石试件表面生成了致密的钙化层。生成矿化层的试件的修复效果在吸水性、透气性、耐酸度、耐污性、耐酸蚀、耐碱蚀等方面都体现出更有利于防腐蚀性的能力。综上所述,本试验研究结果表明,试验中选用的两株高产碳酸酐酶(CA)供试菌株对碳酸钙的沉积都具有催化作用,并在一定程度上能调控碳酸钙的沉积速率与晶体的形貌结构。利用其对碳酸钙的矿化能力,对石质文物表面进行了模拟固化修复,其结果不仅丰富了石质文物的微生物修复类群,也可为探究低温下黄龙钙华的生物沉积机制提供一定的理论基础,为探索利用微生物用于大理石表面的加固修复提供了实践依据,同时对揭示碳酸酐酶诱导碳酸盐矿化的机理具有一定意义。
【关键词】:嗜冷型碳酸酐酶产生菌 生物矿化 碳酸钙沉积 大理石 文物表面修复
【学位授予单位】:西南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:K876.2;Q939.9
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-11
  • 1 绪论11-25
  • 1.1 微生物矿化碳酸钙用于修复石质文物的研究概况11
  • 1.2 生物矿化碳酸钙研究进展11-14
  • 1.2.1 生物矿化11-12
  • 1.2.2 生物矿化碳酸钙12-14
  • 1.3 微生物诱导碳酸钙矿化的研究进展14-17
  • 1.3.1 微生物诱导碳酸钙矿化的机理14-15
  • 1.3.2 微生物诱导碳酸钙矿化的影响因素15-16
  • 1.3.3 微生物诱导碳酸钙矿化的应用前景16-17
  • 1.4 微生物碳酸酐酶催化碳酸钙的研究进展17-19
  • 1.4.1 碳酸酐酶17-18
  • 1.4.2 碳酸酐酶的研究和应用18-19
  • 1.4.3 碳酸酐酶催化碳酸钙的研究19
  • 1.5 微生物矿化修复石质文物的研究进展19-22
  • 1.6 主要研究内容及意义22-25
  • 1.6.1 研究内容22-23
  • 1.6.2 技术路线23-24
  • 1.6.3 研究意义24-25
  • 2 菌种筛选及生物学特性研究25-40
  • 2.1 试验材料25
  • 2.1.1 主要试剂25
  • 2.1.2 主要仪器25
  • 2.1.3 菌株来源25
  • 2.2 试验方法25-30
  • 2.2.1 菌种的筛选25-28
  • 2.2.2 菌种的生物学特性鉴定28-30
  • 2.3 结果与分析30-38
  • 2.3.1 菌株的筛选结果分析30-32
  • 2.3.2 菌株的生物学特性鉴定结果分析32-38
  • 2.4 本章小结38-40
  • 3 供试菌株对碳酸钙矿化沉积的影响40-53
  • 3.1 实验材料40-41
  • 3.1.1 菌株及其培养基40
  • 3.1.2 主要试剂及仪器40-41
  • 3.2 试验方法41
  • 3.2.1 不同初始p H体系41
  • 3.2.2 不同沉积温度体系41
  • 3.3 结果与分析41-51
  • 3.3.1 不同初始p H对碳酸钙沉积的影响41-47
  • 3.3.2 不同沉积温度对碳酸钙沉积的影响47-51
  • 3.4 讨论51-52
  • 3.5 本章小结52-53
  • 4 供试菌株对石质文物表面模拟修复的影响53-68
  • 4.1 实验材料53
  • 4.1.1 菌株及其培养基53
  • 4.1.2 主要试剂及仪器53
  • 4.2 试验方法53-56
  • 4.2.1 大理石试件的制备53-54
  • 4.2.2 细菌诱导大理石表面碳酸钙沉积方法54
  • 4.2.3 矿化修复效果指标测试54-56
  • 4.3 结果与分析56-66
  • 4.3.1 矿化层沉积生长量及体系p H的变化56-57
  • 4.3.2 大理石表面沉积生成的碳酸钙的形貌及晶型分析57-63
  • 4.3.3 矿化层修复指标测定结果分析63-66
  • 4.4 讨论66-67
  • 4.5 本章小结67-68
  • 结论68-70
  • 致谢70-71
  • 参考文献71-82
  • 攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果82

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