航材仓储防霉实验室的升级建设与开发利用

李丽，孙伟奇，周斌，张素琴

（海军航空大学青岛校区，青岛 266041）

引言

航材仓储防霉实验室创建于二十世纪八十年代，实验室主要研究方向包括霉菌生长图谱研究，霉菌提纯鉴别研究，霉菌特征分析研究以及霉菌防治技术研究等几个方面的内容。经过多年的发展，实验室已经形成了科学研究、实验教学、服务部队的合理格局。目前，实验室承担着海军航空兵部队沿海一线仓库、南海岛礁驻防仓库、海外基地仓库，以及航母器材存储舱室的霉菌防治任务，为部队实战化训练提供有力支撑。

1 航材仓储防霉实验室的升级建设

1.1 必要性分析

1）海军航材仓库特殊地理环境仓库霉变现象的迫切需要

霉腐微生物在自然界中分布很广，土壤、空气、水和生物体内外等到处都有霉菌存在。在仓储环境中也生长着大量的霉菌，具有繁殖能力的霉菌孢子也是漂浮在空气当中，一旦落在木质、皮革、金属、棉布等器材上，在合适的温度湿度条件下，就很容易进行滋生繁衍，严重影响器材的性能。同时海军航材仓库大部分都处于沿海高温高湿高盐的地理环境，导致仓库器材上出现比较严重地霉变现象，致使器材的性能发生了不可逆的改变，给航材仓储管理工作带来了巨大的危害，影响了战训任务的顺利完成，沿海航材仓库防霉形势也变得日趋严峻。

2）新时代新任务仓储器材保障对霉菌防治提出新要求南海岛礁驻防和海外基地仓储以及舰载机器材仓储任务的扩展，对霉菌研究能力也提出了更快、更准地新要求，而霉腐微生物具有个体小吸收多、代谢旺繁殖快、分布广种类多和适应强易变异等特点，不同的地域器材上生长着不同的仓储霉菌的种类，必须尽快提升霉菌特性及防治的研究能力，减少霉菌给器材存储带来的损失和危害，改造后的实验室功能将大大增强，基本可以满足新时期海军维修器材保障能力建设的需要。

3）航材仓储霉菌教学科研能力提升的迫切需要

目前国内外霉菌研究技术手段日益更新，比如激光共聚焦扫描显微镜、液相气相色谱仪等设备都是微生物实验室的必备设备，而航材仓储防霉实验室始建于二十世纪八十年代末，很多原有的实验室设备逐渐老化落后甚至报废，已经远远不能支撑仓储霉菌科学研究项目的开展，为了保持先进的教学与科研能力，必须对防霉实验室进行全面地升级改造。

由于海军航空兵任务的特殊性，航材仓库所处的自然环境、气候特点为各种霉菌同时寄生蔓延创造了客观条件，互生关系、共生关系、拮抗关系也先后出现，构成了新的仓储微生物研究体系。由于霉菌的生长不仅需要足够的营养物质、合适的温度和湿度，同时还需要在有氧的环境下，而仓储环境也为霉菌的繁殖蔓延提供了以上基本的生长条件，造成了仓储器材非常容易受潮霉变，其霉菌生长代谢的酸性产物更加重了器材的霉变和锈蚀，致使大量航材降级甚至报废，容易造成器材供应上的短缺，严重地可能会贻误战机，必须结合沿海航材仓库气候特点及地域差异因地制宜，有针对性地开展仓储霉菌的类型识别、结构特征、生长条件、繁衍规律、综合防治等的科学研究工作，因此，航材仓储防霉实验室的升级改造建设工作也就迫在眉睫。

1.2 主要实现功能

1）构建高洁净度的霉菌分析实验环境

高洁净度的实验环境是标准的微生物研究基础平台，主要包括更衣室、风淋室、无菌室、超净工作台、恒温恒湿培养箱、超低温菌种存储箱等，最高洁净度为100级。

2）构建高效快速的霉菌提纯鉴别研究能力

霉菌提纯鉴别可以确定样本的霉菌种类，是开展霉菌防治研究的第一步。构建霉菌提纯鉴别研究能力主要包括霉菌过滤分装系统、霉菌自动接种系统、霉菌鉴定分析系统等的建设。

3）构建精准完备的霉菌生化特征分析研究能力

霉菌生化特征的研究，是开发新型霉菌防治方法和药剂的基础。构建霉菌生化特征分析研究能力主要包括霉菌生长曲线自动快速测绘系统、霉菌毒素检测分析系统、激光共聚焦扫描显微镜等的建设。

4）构建可控条件下防霉药剂灭菌抑菌效果的检测能力

可控条件下防霉药剂灭菌抑菌效果的检测能力是防霉剂研制的核心能力之一。构建可控条件下防霉药剂灭菌抑菌效果的检测能力主要包括全自动霉菌菌落计数器、灭活抑菌测试系统等的建设。

通过以上基础建设和设备升级建设，可使航材仓储防霉实验室初步具备仓储霉菌的种类识别、特征研究、防治研究等能力，达到微生物研究的主流水平。

1.3 总体布局设计

航材仓储防霉专业教室依据功能开发将依次完成整体规划设计建设，本工程项目最终验收执行标准参照GB 50591-2010《洁净厂房施工及验收规范》及现行国家相关法规和行业相关规范。其中包括超净工作台一个，微生物无菌操作室一间，净化系统一套（包括第一更衣室、第二更衣室和风淋室），微生物常规操作室一间，通风柜一个，抗腐蚀生物实验台系列四组，霉菌培养系统一套。

1）应急处置间

该房间主要包括紧急冲淋系统一套，设备可以实现对眼睛和身体的紧急冲洗或冲淋，从而快速消除有害或有腐蚀性的化学物质对人体造成的伤害。

2）微生物无菌操作室

该操作室是系统接种、纯化菌种等无菌操作的专用实验室。净化系统从外到里分别包括第一更衣室，洁净度为10万级；第二更衣室，洁净度为10万级；风淋室，洁净度为1万级；无菌操作室，内有超净工作台，可以达到洁净度100级。实验室净化区域所能达到的温湿度与性能参数分别如表1、表2所示。

表1 实验室净化区域温湿度参数

表2 实验室净化区域其它性能参数

3）微生物常规操作间

该操作间功能分区主要包括下列几个部分：①实验准备区域：可以进行配制培养基和样品处理等，包含试剂柜、实验台、电子天平、通风橱等。②菌种保藏与灭菌区域：用于放置霉菌标准菌种以及培养基的灭菌和各种器具的灭菌，包含液氮超低温冷冻冰箱、恒温箱式干燥箱等。③霉菌培养区域：用于霉菌恒温恒湿条件下的培养，内有培养基自动分装系统、智能型恒温恒湿培养箱等。 ④霉菌分析检测区域：用于对霉菌进行分析和检测，包含微生物鉴定分析系统、微生物快速检测系统、霉菌毒素检测仪等。

2 航材仓储防霉实验室的开发利用

2.1 仓储环境中霉菌的微观形态

海军航空兵由于担负任务的需要，大部分航材仓库分布在高温、高湿、高盐的沿海地区，霉变现象造成了器材性能的下降和损害。从仓库发霉的器材外包装上，可以肉眼观察到霉菌的菌体由分枝或者不分枝的菌丝构成，许多菌丝交织在一起，就形成了绒毛状的菌丝体。通过霉菌水制片法可以在显微镜下看到仓库中的霉菌大部分属于有隔菌丝，菌丝中间有多个横隔，整个菌丝体由多个细胞构成，两个橫隔中间的一段就是一个细胞。为了保持细胞质和养料之间的互相沟通，横隔中央都留有极细的小孔，有隔菌丝如图1所示。

图1 有隔菌丝

霉菌的菌丝结构属于中空管状，直径通常为2~10 μm。当菌丝生长时，每个细胞也会发生分裂，细胞数目也会随之增加。图2呈现的是当培养皿中的霉菌菌丝在生长过程中受到干扰时，从主干菌丝上就会产生细小的菌丝，出现分支状，生长到一定阶段就会进入到繁殖状态[1]。

图2 霉菌菌丝的顶端生长

2.2 仓储环境中霉菌的菌落特征

在实验室里通过纯培养分离出不同的霉菌，放在霉菌培养箱中培养一段时间，可以观察到霉菌的细胞呈丝状，在固体培养基上就会形成营养菌丝和气生菌丝，气生菌丝生长到一定阶段就会成为繁殖菌丝。肉眼即可观察到霉菌的菌落形态较大，疏松、干燥、不透明，外观呈现出或紧或松的网状或绒毛状。霉菌的菌落与固体培养基连接紧密，不易分离。观察发现，其中霉菌菌落正反面的颜色，以及边缘与中心的颜色经常会出现不一致的现象。由于生长于空气中的气生菌丝的颜色，通常比分散于固体培养基内的营养菌丝的颜色深，从而导致霉菌菌落正反面颜色的差异。另外，霉菌菌落中心产生的气生菌丝较早，其生理年龄大于菌落边缘的气生菌丝，菌丝发育分化和成熟度较高，因而其颜色较深，形成了菌落中心与边缘气生菌丝在颜色与形态结构上的明显不同[2]，如图3、图4所示。

图3 黑曲霉菌落

图4 黄曲霉菌落

2.3 仓储环境中霉菌的主要种类[3-5]

1）根霉（Rhizopus）

研究发现，根霉在航材仓库中分布较广，多发现于木箱、纸箱、铝塑薄膜外包装上，是仓库中常见的霉菌种类之一。它对环境有极强的适应性，生长迅速。初期菌落为白色，呈棉絮状。中期颜色逐渐加深，呈现灰黑色。成熟后菌丝中密布多个黑色小点，即为孢子囊。

根霉的营养菌丝体在培养基上生长时，能够产生弧形生长的匍匐菌丝，并快速向四周蔓延。当匍匐菌丝接触到培养基时，就会分化成一丛假根。直立向上的孢子囊柄着生于假根处，生长到一定阶段其顶端膨大形成圆形的囊，称为孢子囊，呈现球形或近球形。囊内原生质分化成许多孢子，即孢囊孢子。囊轴基部与梗相连处称为囊托。当孢子成熟后，囊壁发生破裂，释放出多个球形、卵形或不规则形的根霉孢子，孢子散落后一旦遇到合适的温湿度条件，即萌发生成新的根霉菌丝，见图5所示。

图5 根霉的孢子囊

2）毛霉（Mucor）

毛霉在仓库中分布也较为广泛，在器材包装表面常生成白色、灰色或黄褐色的棉絮状菌落。

与根霉相比，毛霉的菌丝体不会产生假根和匍匐枝，由其菌丝体直接生出孢囊梗，多为单生，菌丝分枝通常较少或不分枝。当毛霉菌丝发育成熟时，菌丝顶端会产生如柱形或圆形、犁头形的囊轴，在囊轴的四周生成了球形的孢子囊，在囊轴与孢囊梗相连处没有囊托，见图6所示。毛霉生长迅速，多见于阴湿低温处，在仓储环境中多生于阴湿的墙壁和地面。

图6 毛霉的孢子囊

3）曲霉(Aspergillus)

曲霉的菌丝属于有隔菌丝，幼龄通常无色，后期老熟时才逐渐变为浅黄色至褐色。在培养基表面层匍匐生长着营养菌丝，匍匐菌丝通过分化产生出厚壁的分生孢子梗，在分生孢子梗的顶端膨大生成棒形、椭圆形、半球形或球形的顶囊。顶囊继续生长发育到一定阶段，其表面则以辐射状生出一层或两层的小梗，分别称为初生小梗和次生小梗。在小梗的顶端分化或溢缩生出一串串分生孢子，见图7所示。曲霉的分生孢子颜色形状多样，随着生长的不同阶段，能分别呈现黄、绿、橙、褐、黑等颜色。其中曲霉的分生孢子梗长度、顶囊形状、小梗着生方式(单轮或双轮)以及分生孢子的颜色、大小、形状等菌落特征，都是曲霉菌种鉴定的重要依据。曲霉在仓库中也常见于各种包装箱外表面上。

图7 曲霉的分生孢子

4）青霉（Penicillium）

青霉在仓库中分布也较为广泛，多见于墙壁、纸箱、木箱等表面，种类较多。青霉菌的营养菌丝体通常为无色或浅色，有的也呈鲜明颜色。青霉的菌丝有横隔，而分生孢子梗中也有横隔，表明光滑或粗糙，梗的顶端能够形成类似扫帚状的分枝，称为帚状枝，通常不会形成膨大的顶囊。在孢子梗的顶端串生出形状颜色各异的分生孢子，分生孢子形状多样，为球形、短柱形或椭圆形等。大部分生长时呈蓝绿色或灰绿色，因其菌落以青色为最多，故而称为青霉，其中也有极小部分青霉呈灰白色、黄褐色乃至红色，其中红色较为罕见。见图8。

图8 青霉的分生孢子

3 结束语

航材仓储防霉实验室的科学规划、创新建设、合理布局、高效管理和安全维护是顺利开展教学和科研工作的有效保障。军用航材仓库存储着大量精密的仪器，一旦温湿度适宜，霉菌的孢子就能在多种基质上迅速繁殖，霉菌对皮革、橡胶、玻璃、金属等材料的破坏性极大，能分泌出各种酶类、有机酸、核酸类等物质，降低材料的强度，造成金属的腐蚀，影响器材的性能[5-7]，因而，研究航材仓库仓储霉菌的性能特征，进而研究生长繁殖规律，寻找突破口找到霉菌的防治方法势在必行。