熱帶雨林環境霉菌試驗菌種篩選研究

劉劍，王沖文，趙宏坤，楊玉萍，趙遠榮，劉艷芳，王喬方，肖建軍，戈帆，楊品杰

（國營第二九八廠，昆明 650114）

自然界的霉菌種類繁多，在已知霉菌中對工業材料具有腐蝕作用的就多達四萬余種。武器裝備在服役期內會出現由于霉菌腐蝕而造成性能降低甚至直接無法使用的現象。據統計，美國空軍每年花費的總維修費用中有1/4是用于解決由霉菌腐蝕引起的裝備故障問題[1]。霉菌試驗是在實驗室內提供合適的溫度、濕度等條件促使霉菌生長，以檢驗裝備的耐霉能力。其試驗結果能為裝備改進防霉設計、工藝制造、裝備使用及修理維護等提供可靠依據[2-3]。目前我國軍用裝備進行霉菌試驗主要依據的標準是 GJB 150.10A《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第10部分：霉菌試驗》，由于霉菌種類較多，且分布存在地域和環境差異，除GJB 150.10A中給出的10種試驗霉菌外，自然界中還有很多霉菌會對裝備造成腐蝕影響[4]。

熱帶雨林氣候的高溫高濕環境為霉菌提供了良好的生長條件，因此，軍用裝備在熱帶雨林環境中的霉菌腐蝕問題非常明顯。文中介紹了GJB 150.10A中的霉菌試驗菌種種類及來源，并通過采集、鑒定和分析西雙版納熱帶雨林環境空氣中和裝備上生長的霉菌，根據其對裝備材料的腐蝕情況，篩選出在熱帶雨林環境中使用裝備進行霉菌試驗的添加菌種，以便更加準確地評定裝備長霉程度，為提高裝備的環境適應性研究提供一定的數據支持。

1 GJB 150A.10A霉菌試驗菌種來源

美軍在1962年發布了MIL-STD-810《空間及陸用設備環境試驗方法》作為其軍事和工業部門的環境試驗準則，隨著材料和裝備應用的不斷發展，美軍對此標準進行了多次修訂，到2008年最新的標準修訂到了MIL-STD-810G版本[5-6]。目前MIL-STD-810試驗標準被世界許多國家都認可，我國武器裝備環境可靠性試驗使用的GJB 150《軍用設備環境試驗方法》于1986年發布，其內容主要是參考 MIL-STD-810D而制訂的[7]。到 2009年我國又等效采用了美軍標MIL-STD-810F《環境工程考慮和實驗室試驗》，并將原來的試驗條件一節改為裁剪指南[8]，修訂后形成標準GJB 150A《軍用裝備實驗室環境試驗方法》。其剪裁標準更加重視信息的收集和應用，不再規定試驗項目、試驗順序、試驗條件和試驗程序，只提供有關數據、資料、基本試驗程序和剪裁技術指南[9]。相比GJB 150而言[10]，修訂后的標準可以避免簡單套用菜單式標準所帶來的過設計、過試驗或欠設計、欠試驗問題，具有很大的靈活性，科學性也更強。自此我國軍用裝備環境試驗標準由原來的引用型轉變為剪裁型[11]。

在GJB 150.10A《軍用裝備實驗室環境試驗方法第10部分：霉菌試驗》中，選定了兩組菌種作為霉菌試驗的選擇菌種。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]。軍用裝備進行霉菌試驗常選擇第二組菌種，見表1。經調查分析發現，雖然美軍標也經過多次修訂，但到目前的 MIL-STD-810G中霉菌試驗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、生態穩定性好和對材料腐蝕影響大等特點[13]。

表1 GJB 150A霉菌試驗菌種

我國曾有一些部門在不同材料上進行過霉菌分離試驗，其試驗結果見表2[14]，基本都含有表1中的五種霉菌，再次說明其穩定性好、在世界范圍分布廣、在裝備材料上生長頻率高，是材料霉菌腐蝕問題的重要來源。此外，GJB 150.10A《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第10部分：霉菌試驗》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上額外增加其他霉菌菌種，增加的菌種應按其對材料的降解情況來選擇[15]。西雙版納自然環境試驗站是我國唯一一個熱帶雨林環境試驗站，年平均溫度為 21.6 ℃，平均相對濕度為83%，平均降雨量為1713 mm，屬于典型的熱帶雨林氣候[16]。這種高溫高濕的環境非常適合霉菌的生長，是開展裝備材料霉菌試驗研究的極佳選擇地。

表2 菌種收集分離

2 西雙版納熱帶雨林環境優勢菌種

2.1 儀器與材料

試驗所用主要儀器有：QT30六級篩孔微生物撞擊器（美國SKC公司）；φ90 mm玻璃平板；沙氏培養基；PDA培養基；高溫高壓滅菌鍋；恒溫霉菌培養箱；超凈工作臺等。

2.2 菌種采集與鑒定

不同種類霉菌的最適合生長溫度和濕度各不相同，分別于2016年11月—2017年9月的四個不同季度用撞擊法采集西雙版納試驗站空氣中的菌種。采集器通過抽氣動力作用，使進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部的沙氏培養基上，將裝培養基的平板倒置放在恒溫霉菌培養箱中培養。把培養后的霉菌接種到PDA培養基上進行分離純化，再根據霉菌的生長特性和形貌特征結合分子生物學進行霉菌種類分 析鑒定[17-18]，各季度采集的霉菌鑒定結果見表3。

表3 霉菌鑒定結果

2.3 結果分析

對四個季度中采集到的菌種進行統計分析，選出各季度中菌種累計數量占比大于10%的菌種，視為各季度的優勢菌種。西雙版納試驗站空氣中四個季度的優勢菌種及對材料的影響見表 4，共有 12株。結果表明，不同季度由于環境因素差異，四個季度空氣中的優勢菌種也存在差異。將空氣中采集的優勢菌種與GJB 150.10A中給的試驗菌種相比較發現：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，植被生長茂盛，因此，空氣中的優勢菌種多以木材腐蝕為主，其中有6株優勢菌種對皮革、紡織品、纖維、塑料等工業材料具有腐蝕作用。

表4 空氣中優勢菌種

3 西雙版納環境裝備上敏感菌種

3.1 菌種采集與鑒定

霉菌試驗的最終目的是檢測裝備材料的長霉程度，為裝備研制、生產、使用和維護提供數據參考[19]。因此，將相應裝備材料直接放在自然環境中進行環境試驗非常有必要，可以更直觀地反映出裝備的問題和不足，其試驗結果具有較強的針對性和可信度。使用經高溫滅菌鍋滅菌處理的竹簽，挑取西雙版納試驗站內正在進行自然環境試驗的各種裝備上生長的霉菌于PDA培養基試管斜面上，并進行培養、分離、純化、鑒定，以研究熱帶雨林環境中裝備上的敏感菌種。

3.2 結果分析

表5為在不同裝備材料上采集的菌種，發現西雙版納熱帶雨林環境中的霉菌對橡膠材料腐蝕較為嚴重。與表4空氣中采集到的優勢菌種相比，材料上生長的霉菌與空氣中的優勢菌種只有變紅鐮孢和Letendraea helminthicola重合，而裝備上生長的大多數菌種并未在空氣中采集到，說明空氣中只要存在少量霉菌孢子落在裝備上便會生長，并最終對裝備造成腐蝕影響，屬于裝備材料的敏感菌種。

表5 不同裝備上采集菌種

4 結語

文中介紹了GJB 150.10A《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第10部分：霉菌試驗》中霉菌試驗菌種的來源，結合標準中的剪裁指南，通過撞擊法采集西雙版納熱帶雨林環境中的霉菌。根據霉菌的生長特性和形貌特征結合分子生物學進行霉菌種類分析鑒定，最終得到各季度的優勢菌種共12株，其中6株對工業材料有腐蝕作用。挑取版納試驗站內裝備材料上生長的菌種，并進行鑒定分析，得到10株對裝備材料會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境使用裝備進行霉菌試驗時的添加菌種。相應材料進行霉菌試驗時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、暗色環紋炭團菌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，可作為裝備霉菌腐蝕研究的重點菌種。