以色变为主的文物病害严重威胁到敦煌莫高窟壁画的永久保存与传承。目前针对壁画病害机理研究主要集中在物理化学方面，尽管已有研究表明微生物参与了壁画颜料的色变过程，但参与色变的主要微生物类群及其在壁画色变过程中扮演的角色尚不清楚。本项目针对敦煌莫高窟不同时代壁画的色变病害，运用高通量测序技术，研究色变壁画中的微生物类群特征；运用传统培养手段分离色变壁画中的优势微生物菌株后进行分子鉴定，并研究其营养源需求、产色素能力及环境适应性等关键生理代谢特征；通过实验室模拟条件，研究具有特殊生理功能的微生物与矿物颜料色变进程之间的耦合关系，初步揭示壁画来源的特定微生物类群所介导的颜料色变过程。研究成果可为进一步阐明微生物介导的壁画色变机理提供科学依据，对同类壁画的科学保护具有重要的现实意义。

Color change disease of cultural relics is the major threat to the permanent conservation and inherit of wall paintings in Mogao grottoes, Dunhuang. Most of the present research toward the mechanisms of mural diseases are focus on the physical and chemical aspects, although a few of studies shown that microorganisms have took part in the color change process of wall paintings. However, the major microbial groups and their roles in the color change process still uncertain. This project aimed at the extent of color changed mural disease preserved in the different Mogao caves, the high throughput technology will be used for studying the microbial group characteristics inhabited in the color changed murals; The dominant strains will be identified using molecular techniques after traditional isolation, meanwhile, the physiological traits of these strains such as nutrient resource demand, pigment production ability, and environmental adaptability will be studied. Through simulated lab experiments, we will study the coupling relationship between microbial strains with special physiological functions and mineral pigments color change, it is possible to reveal microbial-mediated mural color change process preliminarily. These results might provide scientific data for further clariy the microbial-mediated mechanism of mural color change, and have some important practical significance for the scientific conservation of the similar murals.

以色变为主的文物病害严重威胁到敦煌莫高窟壁画的永久保存与传承。本项目运用多种技术手段，系统研究了色变与未色变壁画中的微生物群落组成与结构特点，揭示了特殊功能菌株与矿物颜料色变进程间的耦合关系；结合洞窟温湿度监测和环境模拟，逐步解析了影响壁画色变的关键因子。历史图像档案显示，壁画色变病害的表观发展进程具有缓慢活动性；基于AutoCAD等量化确定了第220窟壁画色变比例为16.15%，第420窟达57.62%。外环境与第420窟的温湿度日波动较第220窟剧烈，可能是导致窟内壁画色变程度差异的重要环境因素。高通量测序表明，芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属、短梗霉属为色变与未色变壁画中共有优势菌；PCA、NMDS及Heatmap等分析显示，色变与未色变壁画中细菌和真菌OTU类群组成与结构存在差异，并与采样位置相关。克隆文库分析发现，色变壁画中优势细菌有游动球菌属(10.08%)和芽孢杆菌属(5.88%)，优势真菌为毛霉属(67.9%)和曲霉属(7.3%)；未色变样品中，芽孢杆菌属(19.3%)、丙酸菌属(14.04%)、动性球菌属(10.53%)占优势；链格孢属(63.3%)、Westerdykella属(16.1%)和假丝酵母属(15.1%)为优势真菌；可培养优势细菌有鞘氨醇单胞菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属，真菌有青霉属、链格孢属、曲霉属。色差分析表明菌体生长代谢可引起含铅丹及土红培养基色度值改变，趋向红色变淡、黄色偏浅。以对铅丹具抗性的少动鞘氨醇单胞菌与黑曲霉的模拟实验显示，光照加速颜料色变，抑制菌体生长；产黄色色素的少动鞘氨醇单胞菌在含铅丹培养基上变为棕褐色，而黑曲霉生长代谢导致铅丹由橘红变白。紫外-可见分光光度计分析发现少动鞘氨醇单胞菌的丙酮萃取液在波长452nm与480nm有特征吸收峰，黑曲霉菌液pH可下降至1.8, 在210nm处有强吸收峰，表明其代谢产生有机酸。显微镜分析发现其导致颜料形貌改变为颗粒粉化、松散和片状胶结等，X-射线衍射分析显示有草酸铅(PbC2O4)和醋酸铅((CH3COO)2Pb)形成，黑曲霉生长代谢过程中形成的有机酸类是导致壁画颜料腐蚀和劣化的重要因素，鞘氨醇单胞菌可通过色素沉积等过程引起壁画颜料色变。本研究初步阐明了微生物介导的基于有机酸产生和基于色素形成的壁画色变机理。项目研究成果对我国乃至世界同类文化遗产的保护具有一定的示范作用和参考价值。