（环境科学专业论文）青岛近海生物气溶胶中微生物群落的研究.pdf

青岛近海生物气溶胶t f ，微生物群落的研究 2 0 1 0 年3 月鱼山和崂山采样点沙尘样品的可培养微生物浓度远远大于普通 样品，浓度分别为8 5 4 2c f u m 3 和8 5 4 9c f u m 3 。沙尘样品中不同来源微生物和 可培养微生物的物种数均高于普通样品，且均匀度指数均低于普通样品，这表明 沙尘样品中存在平时环境中不存在或存在较少的优势菌种。沙尘样品的多样性指 数基本都高于普通样品，由此可见沙尘天气大气微生物群落比平时环境中的更为 复杂，多样性更高。 2 0 0 9 年1 1 月至2 0 1 0 年6 月青岛近海生物气溶胶样品中，常见的优势陆源 细菌有沼泽考克氏菌，短杆菌属和巨大芽孢杆菌；常见的优势海源细菌有短小芽 孢杆菌和柠檬色动性球菌；常见的优势海源真菌主要为鞘孢属和枝孢属。青岛地 区，空气中的细菌里以革兰氏阳性球菌和革兰氏阳性杆菌为主。优势细菌韵药敏 性实验结果表明，青岛近海生物气溶胶中的常见优势细菌并不会对人体健康造成 影响。 关键词：生物气溶胶；微生物；群落；青岛 青岛近海尘物气溶胶i i 微生物样洛的研究 o o m m u nit yo fair b o r n emic r o b e sinbio a e r o s o iint h e uin g d a oc o a s t air e gio n a b s t r a c t b i o a e r o s o l sa r eas i g n i f i c a n ts u b g r o u po fa t m o s p h e r i ca e r o s o l s b i o a e r o s o l sa f f e c t h u m a nh e a l t h ，e n v i r o n r n e mq u a l i t y ，g l o b a lc l i m a t ea n d a t m o s p h e r i cp r o c e s s i ti sv e r y i m p o r t a n tt os t u d yc o m m u n i t ys t r u c t u r ea n dd i v e r s i t yo fa i r b o m em i c r o b e si n b i o a c r o s o li nt h eq i n g d a oc o a s t a lr e g i o nt ok n o wt h ec o m p o s i t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n d e n v i r o n m e n t a le f f e c to fb i o a c r o s o l so v e rt h es e a b i o a e r o s o ls a m p l e sw e r ec o l l e c t e d b ys i x - s t a g es a m p l e rf r o mj u l y2 0 0 9t os e p t e m b e r2 010i nt h eq i n g d a oc o a s t a lr e g i o n t h ec o n c e n t r a t i o n so fc u l t u r a b l em i c r o b e sa n dt o t a lm i c r o b e sw e r ea n a l y z e d t h e c o m m u n i t ys t r u c t u r ea n dd i v e r s i t yo fa i r b o r n em i c r o b e si nb i o a e r o s o li nt h eq i n g d a o c o a s t a lr e g i o nw e r ed i s c u s s e d t h ep r e p o n d e r a n tm i c r o b e sw e r ei d e n t i f i e df o rt h e b i a o s c r o s o l ss a m p l e s t h ei m p a c to fd u s tw e a t h e ro nt h eo m m u n i t ys t r u c t u r ea n d d i v e r s i t yo fb i o a e r o s o lw a s a l s oi n v e s t i g a t e d f r o mj u l y2 0 0 9t os e p t e m b e r2 010a ty u s h a ns a m p l i n gs i t e ，t h em o n t h l ya v e r a g e c o n c e n t r a t i o n so fc u l t t n a b l em i c r o b e sw e r ei nt h er a n g e so f5 0 312 0 c f u m 3 t h e m o n t h l ya v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so fc u l t u r a b l em i c r o b e sw e r ei n t h er a n g e so f 2 8 3 1 9 0 1 c f u m 3a tl a o s h a ns a m p l i n gs i t ef r o mj u l y2 0 0 9t oj u n e2 0 10 t h e c o n t r i b u t i o no fm a r i n eb a c t e r i at ot h et o t a lb a c t e r i aw a sh i g h e rt h a nt e r r e s t r i a lb a c t e r i a a ty u s h a ns a m p l i n gs i t ef r o mj u l y2 0 0 9t oj u l y2 010 t h ec o n t r i b u t i o no fm a r i n e b a c t e r i at ot h et o t a lb a c t e r i aw a sh i 曲a tl a o s h a ns a m p l i n gs i t ef r o mf e b r u a u y2 0 0 9t o j u n e2 010 t h ec o n t r i b u t i o no fm a r i n ef u n g it ot h et o t a lf u n g iw a sh i g h e rt h a n t e r r e s t r i a lf u n g ii n t h eq i n g d a oc o a s t a lr e g i o n t h es e a s o n a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so f c u l t u r a b l em i c r o b e sw e r eh i 曲e s ti nt h ef a l l ，h i g h e ri nt h es p r i n ga n dl o w e s ti nt h e s u m m e ro f2 0 0 9b o t ha ty u s h a na n dl a o s h a ns a m p l i n gs i t e s t h ec o n t r i b u t i o no f b a c t e r i at oc u l t u r a b l em i c r o b e sw a sh i g h e rt h a nf u n g ii nw i n t e ra n dl o w e ri no t h e r s e a s o n si nt h e q i n g d a oc o a s t a lr e g i o n t h ec o n t r i b u t i o no fm a r i n em i c r o b e st o c u l t u r a b l em i c r o b e sw a sh i g h e rt h a nt e r r e s t r i a lm i c r o b e s i i i 青岛近海生物气溶胶f 微生物群：客的研究 f r o mj u l y2 0 0 9t os e p t e m b e r2 010 ，t h em o n t h l ya v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft o t a l m i c r o b e sw e r ei nt h er a n g e so f8 11x10 4 1 8 7x10 5c f u m 3a ty u s h a ns a m p l i n gs i t e f r o mj u l y2 0 0 9t oj u n e2 010 ，t h em o n t h l ya v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft o t a lm i c r o b e s w e r ei nt h er a n g e so f8 5 2 10 4 1 7 6x10 5c f u m 3a tl a o s h a ns a m p l i n gs i t e t h e m o n t h l ya v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so f t o t a lm i c r o b e sw e r eh i g hf r o ms e p t e m b e r2 0 0 9t o n o v e m b e r2 0 0 9a n dl o wf r o md e c e m b e r2 0 0 9t of e b r u a r y2 010a tt l a cq i n g d a o c o a s t a lr e g i o n t h es e a s o n a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft o t a lm i c r o b e sw e r eh i g h e s ti n t h ef a l la n dl o w e s ti nt h ew i n t e r t h em o n t h l ya v e r a g ec o n t r i b u t i o no fc u l t u r a b l e m i c r o b e st ot o t a lm i c r o b e sw a so 6 o na v e r a g ea ty u s h a ns a m p l i n gs i t ea n do 9 a t l a o s h a ns a m p l i n gs i t e t h en u m b e ro fm i c r o b i a ls p e c i e sh a dt h es a m em o n t h l yd i s t r i b u t i o n 、析t 1 1t h e c o n c e n t r a t i o n si nt h eq i n g d a oc o a s t a lr e g i o n t h ec o m m u n i t ys t r u c t u r ea n dd i v e r s i t y o fa i r b o r n em i c r o b e si nb i o a e r o s o lw e r ea f f e c t e db yc o n c e n t r a t i o n sa n dt h en u m b e ro f m i c r o b i a l p i e l o ui n d e xh a dt h ea d v e r s em o n t h l yd i s t r i b u t i o n 、衍t l lt h ec o n c e n t r a t i o n s o fm i c r o b i a l w h e nb i o a e s r o o s l ss a m p l eh a dt h eh i g hc o n c e n t r a t i o n so fm i c r o b e si n s o m em o n t h , t h e r ew a sh i g h e ra b u n d a n c eo fs o m ek i n do fm i c r o b ea n dl o w e rp i e l o u i n d e x w h e nb i o a e s r o o s l ss a m p l eh a dt h el o wc o n c e n t r a t i o n so fm i c r o b e si ns o m e m o n t h , t h e r ew a sl o w e ra b u n d a n c eo fs o m ek i n do fm i c r o b ea n dh i g h e rp i e l o ui n d e x t h ec o m m u n i t ys t r u c t u r ea n dd i v e r s i t ya ty u s h a ns a m p l i n gs i t ew e r em o r ec o m p l e x a n dh i g h e rt h a nt h a ta tl a o s h a n t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft o t a lm i c r o b e so fd u s ts a m p l e sa ty u s h a na n d l a o s h a ns a m p l i n gs i t ew e r e8 5 4 2c f u m 3a n d8 5 4 9c f u m 3r e s p e c t i v e l yi nm a r c h 2 010 t h en u m b e r so fm i c r o b i a ls p e c i e so ft o t a lc u l t u r a b l em i c r o b e so fd u s ts a m p l e s w e r em u c hh i g h e rt h a nt h ec o m m o ns a m p l e s t h ep i e l o ui n d e xo ft o t a lc u l t u r a b l e m i c r o b e so fd u s ts a m p l e sw a sm u c hl o w e rt h a nt h en o n - d u s ts a m p l e s t h ed u s t s a m p l e sh a dt h eh i g h e ra b u n d a n c em i c r o b i a ls p e c i e s ，w h i c hw e r en o tf o u n di nt h e n o n - d u s ts a m p l e s t h ec o m m u n i t ys l l u c t a l r ea n dd i v e r s i t yo fd u s ts a m p l e sw e r em o r e c o m p l e xa n dh i g h e rt h a nt h a to fn o n - d u s ts a m p l e s t h ep r e p o n d e r a n tm i c r o b e si nb i o a e r o s o ls a m p l e sw h i c hc o l l e c t e df r o mn o v 2 0 0 9t oj u n2 0 10i nt h eq i n g d a oc o a s t a lr e g i o nw e r ei d e n t i f i e d t h ep r e p o n d e r a n t ： 青岛近海：j 三物气溶睃t l 一，馓7 l ：物群洛的研究 t e r r e s t r i a lb a c t e r i aw e r ek o c u r i ap a l u s t r i s ，b r e v i b a c t e r i u ma n db a c i l l u sm e g a t e r i u m t h ep r e p o n d e r a n tm a r i n eb a c t e r i aw e r eb a c i l l u sp u m i l u sa n dp l a n o c o c c u sc i t r e u s t h ep r e p o n d e r a n tm a r i n ef u n g iw e r ec h a l a r o p s i sa n dc l a d o s p o r i u m g r a m p o s i t i v e b a c t e r i aw e r et h em a i nb a c t e r i ai nt h ea i ri nt h eq i n g d a oc o a s t a lr e g i o n t e s t so nd r u g s e n s i t i v i t yw e r ec a r r i e do u tt ot h ef i v ep r e p o n d e r a n tb a c t e r i a , a n dt h er e s u l ts h o w e d t h a tt h e b a c t e r i ao ft h e h i g ha b u n d a n c ei n t h eq i n g d a oc o a s t a lr e g i o nh a d n o p a t h o g e n i ci m p a c t s k e y w o r d s ：b i o a e r o s o l ，m i c r o b e ，c o m m u n i t y , q i n g d a o v 青岛近海生物气溶胶t f 微! l 物群落的研究 0 前言 生物气溶胶是大气气溶胶中有生命活性的部分，它包括空气中的细菌、真菌、 病毒、尘螨、花粉、孢子和动植物碎裂分解体等具有生命活性的微小粒子( 于玺 华，车风翔，1 9 9 8 ：胡家骏，周群英，1 9 9 8 ：章澄昌，周文贤，1 9 9 5 ) 。空气并 不是微生物的良好生境，但是微生物可以在适宜条件下在大气中繁殖也可以在沉 降基质上繁殖。微生物能产生各种休眠体，所以可在空气中存活相当长的时期而 不致死亡，并可以借助空气介质扩散和传输，引发人类的急、慢性疾病以及动植 物疾病的流行传播( k o d a m a ，m c g e e 等，1 9 8 6 ：h o ，d u n c a n 等，2 0 0 5 ) 。空气微 生物甚至可以污染食品，造成食物中毒；使医药品、化妆品等日常用品变质；并 且能够腐蚀金属材料及精密仪器，造成重大的经济损失( 陈宁庆，1 9 8 9 ) 。除此之 外，生物气溶胶还可以作为冰核和云凝结核，导致云滴和冰晶的形成，从而间接 影响全球气候变化；并且对大气化学和大气物理过程有着潜在的重要影响 ( b a u e r ，g i e b l 等，2 0 0 3 ：f r a n c ，d e m o t t 等，1 9 9 8 ：祁建华，高会旺，2 0 0 6 ) 。 鉴于生物气溶胶具有重要的人体健康效应、气候效应及环境效应，相关研究 已成为国际研究的热点。通过对目标环境微生物群落进行解析并研究其动态变 化，可以为优化群落结构、调节群落功能和发现新的重要微生物功能类群提供可 靠的依据。生物气溶胶中微生物的采样及检测方法大多数是平板计数法，平板法 主要反映当地空气可培养微生物群落特征，结合b i o l o g 技术可以进行优势菌 种的快速鉴定( 方治国，欧阳志云等，2 0 0 6 ) 。生物气溶胶中可培养微生物仅占 总微生物的不到1 ( b r o c k ，1 9 8 7 ：a m a n n ，l u d w i g 等，1 9 9 5 ) 。利用p c r d g g e 技术( 聚合酶链式反应和变性梯度凝胶电泳结合的方法) 则可以了解总体微生物 的群落及物种组成。这些生物技术为了解空气中微生物的群落特征和环境影响因 素提供了可行的技术手段，相应也获得了一定的研究进展，如：采用p c r d g g e 法测定了沙尘微生物样品的群落特征( s u n g h e el e e ，b o r ac h o i 等，2 0 0 9 ) ；采用 d g g e 法分析了大气微生物群落的短期变化特征( p i e r r e a l a i n ，d a v i d 等，2 0 0 5 ) 。 当前微生物群落的研究取得了一定的进展，但目前对于生物气溶胶中微生物 群落研究方面尚存在着一些不足：目前对大气中生物气溶胶微生物群落组成及多 青岛近海生物气溶股c f t 微! l 物群落的研究 样性特点虽有一定的报道，但环境对其影响因素及作用机制尚不清楚；生物气溶 胶的全球信息还很缺乏，尤其是沿海生物气溶胶的信息。沿海上空受到陆源与海 洋的双重影响，生物气溶胶具有独特的性质。因此，全面了解空气微生物的群落 特征和物种组成及其浓度，对了解生物气溶胶的气候效应和环境效应，保护人体 健康具有重要的意义。 青岛位于黄海之滨，既有陆源生物气溶胶又有海洋生物气溶胶的输入，而且 是亚洲沙尘气溶胶向中国近海及西北太平洋输送的重要通道之一( 杨绍晋，杨亦 男等，1 9 9 4 ) 。为了了解沿海生物气溶胶群落组成特征及其环境效应，我们以国 家自然科学基金项目“青岛沿海地区生物气溶胶的特性和季节分布研究 ( 4 0 7 0 5 0 4 7 ) 一为依托，研究青岛近海空气微生物的群落特征和物种组成，并初 步分析空气微生物群落的季节变化特征、粒径分布特征以及气象因素影响。 2 青岛近海生物气溶胶t i ，微g ：物群i ：f i ：的研究 1 绪论 1 1 生物气溶胶概述 生物气溶胶是大气气溶胶中具有生命活性的部分，也是气溶胶数浓度和质量 浓度中的重要组成部分，其性质和分布对大气过程、气溶胶粒子的转化以及流行 疾病的传播有着重要影响。它同自然生态平衡以及许多生命现象直接相关，在自 然界的物质循环中起着非常重要的作用( m a n c i n e l l i ，s h u l l s 等，1 9 7 8 ；周煜，陈 梅玲等，2 0 0 0 ) 。生物气溶胶既包括可以生长在培养基上的细菌、真菌等可培养 微生物，也包括花粉、动植物碎片等生物大分子物质和在环境中存活但无法在培 养基上生长的微生物。空气中的细菌、真菌等微生物广泛地存在于空气当中，并 且能够在大气中扩散和传播，可以引发人类呼吸道感染，哮喘气喘、皮肤过敏、 慢性肺部疾病等急慢性病，甚至严重威胁人类的身体健康，同时还可以引发动植 物的疾病并影响空气质量( 方治国等，欧阳志云2 0 0 5 ；l a c e y ，d u t k i e w i c z 等， 1 9 9 4 ) 。生物气溶胶粒子的粒径范围很大，可以从1 0 0 岬变化到1 0 2 岬( a r i y a ， a m y o t 等，2 0 0 4 ) 。其中，风媒传粉的植物花粉为1 7 5 8 u m ( s t a n l e y ，l i n d k i n s 等，1 9 7 4 ) ，真菌孢子为1 - 3 0 n ( g r e g o r y ，1 9 7 3 ) ，细菌为0 2 5 8 l x n a ( t h o m p s o n 等，1 9 8 1 ) ，病毒的直径则小于0 3l a i n ( t a y l o r ，1 9 8 8 ) 。 1 2 生物气溶胶采样和检测 生物气溶胶研究的最重要问题是样品的采集。生物气溶胶样品的有效采集是 准确测定生物气溶胶浓度、了解其性质和影响效应的基本前提和保障。 培养基法由法国科学家巴斯德在1 8 6 1 年首次使用，成功的在空气中采集并 培养出了微生物( 王秀茹，2 0 0 2 ) 。培养基法首先采用的是液体培养基，将一定 体积的液体放走，采集相同体积的空气标本，对微生物进行培养后通过显微镜进 行简单的观察，液体培养基的缺点是无法对微生物进行分离鉴定。柯赫在1 8 8 1 年发明了固体培养基，从此培养基法就由液体培养基过渡到固体培养基( 杜睿， 2 0 0 6 ) 。采用固体培养基的采集方法即自然沉降法，是利用空气微生物粒子的重 力作用，在一定时间内将其收集到装有培养基的平板内，并在适宜温度下对平板 。 3 青岛近海生物气溶股t f - 微生物群落的研究 进行培养，对生长在培养基上的菌落进行观察和研究。自然沉降法可以大致反映 环境空气中微生物的群落及其数量状况。但是这种方法只能收集到空气中因重力 作用而沉降下来的一部分较大的微生物粒子，难以测定空气中含量较少的微生物 ( 于玺华，车风翔，1 9 9 8 ) 。由于不同环境中空气微生物的粒子大小分布不同导 致其沉降速率也不同，而且采样条件难以控制，微生物粒子的漂移、扩散和沉降 受到许多气体动力学的干扰，所以此方法不够准确和稳定( s a f i s h ，m e h t a 等， 1 9 9 6 ；胡庆轩，徐秀芝等，1 9 9 6 ：王豫林，陈代鸿，1 9 8 9 ) 。 近期常见的空气微生物采样器的主要原则是将大气中的微生物从大气中分 离出来，并将样品拿到实验室进行分析。根据不同采样原理，采样器可以分为沉 降式采样器，多级撞击式采样器，离心式采样器，液体冲击式采样器，静电式采 样器，气旋式和过滤式采样器等( 孙勇平，刘雄伦等，2 0 1 0 ) 。虽然采样方法多 种多样，但是目前为止并没有生物气溶胶户外监测的标准方法( s a h u ，g r i m b e r 等，2 0 0 5 ) 。大多数采样器允许将微生物直接采集在培养基上，便于采样后进行 培养并确定微生物群落。 生物气溶胶采样的关键之一是保证样品微生物的活性，使微生物尽快的生 长，尽量减少环境不利因素的影响。但是人们常常只重视采样过程中收集到的微 生物的数量，忽视了微生物活性( g r i f f i t h s ，d e c o s e m o 等，1 9 9 4 ) 。许多研究开 始对不同的生物气溶胶采样器进行比较，如a m b r o i s e ( 1 9 9 9 ) 研究得出 b i o i m p a c t e u r1 0 0 0 8 、m a s1 0 0 、二阶a n d e m e n 撞击式采样器和离心撞击式采样 器对可培养微生物的采集效率基本相近：l i 和l i n ( 1 9 9 8 ) 的研究得出，在生物 气溶胶浓度较低的环境中，惯性撞击式采样器采集的微生物比固体撞击式采样器 及过滤式采样器采集的微生物存活率更高：a g r a n o v s k i 等人( 2 0 0 0 ) 研究表明， 同样环境下紫外空气动力学粒径谱仪( u v - a p s ) 的微生物采集效率要高于a g i 3 0 和6 级a n d e r s e n 采样器。传统的生物气溶胶采集方法如沉降法，测定结果精确 度较差，并需要较长的采样时间，只适宜在空气流速小且稳定、空气洁净度高的 环境下使用。撞击法采集空气微生物，测定微生物总数的精确度较好，受到环境 得因素影响较小，一般情况下由于沉降法( m i l l e r ，c h e n g 等，1 9 9 9 ；钟嶷，郭 重山等，2 0 0 4 ) 。 4 青岛近海生物气溶胶l f i 微，上物群群的研究 现有的大多数采样技术主要是针对可培养微生物的，但是可培养微生物占生 物气溶胶总体的比例不到1 ( b r o c k ，1 9 8 7 ：a m a n n ，l u d w i g 等，1 9 9 5 ) 。近年 来一些具有应用前景的在线采集、监测生物气溶胶的分析技术得到了开发和应 用。在线采集监测技术可以连续分析生物气溶胶粒子，较为完整地得到微生物粒 子的原始信息，尽量减少了生物气溶胶在采样过程中的误差和活性损失 ( a g r a n o v s l d ，r i s t o v s k i 等，2 0 0 3 ，2 0 0 5 ：s e n g u p t a ，l a u c k s 等，2 0 0 5 ) 。比如 h a i r s t o n 等开发了可以测量单个生物气溶胶粒子的仪器，该仪器具有空气动力学 粒径分级装置，可以实时测定生物气溶胶粒子的分布特征，特别是空气动力学粒 径在0 5 到1 0 p m 之间的粒子( h a i r s t o n ，h o 等，1 9 9 7 ) ：l a u c k s 等提出的运用自 动拉曼光谱化学表征划分生物气溶胶的方法，可以同时测定不同花粉颗粒的空气 动力学粒径和密度( l a u c k s ，r o l l 等，1 9 9 9 ) ：a n g e l o 等开发了从大气气溶胶中快 速收集监测生物物质的制备测定技术，并运用多元统计分析模型预测了未知测试 样品中细菌种类的分类( a n g e l o ，k e n t 等，2 0 0 1 ) 。 1 3 生物气溶胶群落的研究 微生物的多样性是指在一个集合群落中，众多不同类型微生物的变化及它们 之间相对的丰度。微生物群落中出现频次高，数量多的种属即为优势菌种。全面 掌握空气微生物的群落特征和物种组成，对控制微生物污染、改善环境质量、控 制空气污染、控制微生物疾病的发生和维持人体健康具有重要的理论意义。 对于空气微生物群落的研究来说，平板采样法是较为传统的方法。此方法较 为直观，经过培养后，同时可以进行空气微生物浓度的测定。对于优势菌种的确 定也有较直观的判断，可根据茵落大小、颜色、表面光滑度、边缘是否整齐、透 明度、扁平或隆起、湿润和粘度等特点进行判断( 孙荣高，1 9 9 4 ) 。传统方法对 于菌落种属的鉴定过于麻烦，如果结合b i o l o g 技术则可以对菌落进行快速种 属鉴定。方治国等人对北京市夏季空气微生物群落结构和生态分布进行调查研 究，使用a n d e r s e n 生物粒子采样器进行细菌、真菌的采样，并利用b i o l o g 技 术将分离的单菌落鉴定到属( 方治国，欧阳志云等，2 0 0 5 ) 。陈怡平等对西安市 秋季空气微生物群落结构和生态分布进行调查研究，使用a n d e r s e n 生物粒子采 样器进行空气细菌、真菌、放线菌的采样并利用b i o l o g 技术将分离的单茵落 5 青岛近海生物气溶胶 微，上物群洛的研究 鉴定到属( 陈怡平，崔瑛等，2 0 0 8 ) 。结果显示，不同功能区的空气微生物群落 结构不同，通过此方法可以确立优势菌种，并对微生物污染状况进行评测。 各地空气真菌的优势菌属一般为枝孢属，链格孢属和青霉属；一年中城市空 气真菌浓度夏季高，冬季低；它主要受到空气温度、湿度、风速风向、降雨等气 象因素的影响( 胡利锋，方治国等，2 0 0 5 ：方治国，欧阳志云等，2 0 0 4 ，2 0 0 5 ， 2 0 0 9 ；) 。空气中细菌以革兰氏阳性茵占绝对优势( 陈梅玲，胡庆轩等，2 0 0 0 ) 。 北京市夏季空气中革兰氏阳性菌明显多于革兰氏阴性菌，约占7 0 8 5 ，其中阳 性球菌占总数的3 5 , - - 4 5 ( 方治国，欧阳志云等，2 0 0 5 ) 。 平板法采集的样品只是空气微生物中可培养的部分，而采用p c r 电泳方法 可以对总微生物的群落结构及其优势菌种进行测定。此方法基于从样品中直接提 取微生物群落的基因组d n a ，选择对大多数细菌和真菌的1 6 sr d n a 基因都能 有效扩增的引物对其进行p c r 扩增，然后对p c r 产物采用电泳进行分离，最后 通过d n a 测序鉴定得出自然环境中微生物群落多样性的信息。此方法具有敏感 性高、快速、特异性强等特点，能够检测出环境样品中绝大多数的微生物( 包括 不可培养) ，是一种微生物气溶胶检测的有效途径，目前已成功应用于土壤、水、 食品、空气等环境介质中微生物多样性的研究。p i e r r e a l a i 使用d s t lm f l 湿壁 旋风采样器采集了两次生物气溶胶样品，采集的空气收集在l o o m l 无菌水吐温 溶液中，然后进行d n a 提取d g g e 分析。两次样品遗传结构不同，表明空气微 生物群落发生变化。检测到的空气微生物菌种大多是在土壤及植物环境中常见 的，说明大气中微生物群落结构的短期变化受当时环境的影响较大，根据环境条 件的变化而发生变化，如风、降雨等( p i e r r e a l a i n ，d a v i d 等，2 0 0 5 ) 。s u n g h e el e e 使用p m 2 5 旋风采样器，采集了0 7 0 8 年的沙尘样品与非沙尘样品。用 p c r - d g g e 法测定发现，群落结构在沙尘前后发生较大变化，沙尘样品含有 a q u a b a e t e r i u m 属、f l a v o b a e t e r i a l e s 杆菌属和p r e v o t e l l a e e a e 杆菌属等：非沙尘样 品含有p r o p i o n i b a e t e r i u m 属、b a c i l l u s 属和a c i n e t o b a c t e r 属等。新的菌种对于 沙尘地区的人们的健康有着潜在威胁( s u n g h e el e e ，b o r ac h o i 等，2 0 0 9 ) 。利用 聚合酶链式反应( r e p p c r ) 的鉴定技术，研究得出鸡粪便中的金黄色葡萄球菌 能够形成气溶胶，不仅可以在舍内传播，还能够借助气体交换，传播到鸡舍外下 风一定的距离( 钟召兵，柴同杰等，2 0 0 8 ) 。 6 青岛近海生物气浴股i 一微生物群溶的研究 1 4 生物气溶胶的分布特征 生物气溶胶，同时受到重力和空气湍流的作用，不同环境下的生物气溶胶具 有不同的微生物浓度及群落。沿海地区生物气溶胶按来源可以分为陆源和海源两 种，陆源生物气溶胶主要来自地球表面的土壤、地面尘土、植物花粉、孢子和江、 河、湖、库等水体表面吹起的小水滴等自然源以及污水处理、动植物饲养、发酵 过程和农业活动等人为源；海源生物气溶胶主要包括一些耐盐微生物，相当一部 分来自海洋，主要是通过海洋表面的风浪作用使海水泡沫飞溅不断地进入空气 中，并且在空气流的带动下进行扩散( m a t t h i a sm a s e r ，b r i n k m a n n 等，1 9 9 9 ) 。 如青岛市空气中同时存在陆源微生物和海源微生物，且陆源微生物有较强地向滨 海区扩张的势头( 陈皓文，2 0 0 3 ) 。 生物气溶胶在不同季节的浓度分布特征并不相同。大气微生物同时受到环境 条件和气象因素的影响，动植物活动以及土壤对其影响较大。这些影响因素都有 明显的季节周期，所以生物气溶胶浓度呈现季节型变化。许多研究发现生物气溶 胶在夏季出现浓度最大值，如墨西哥和加拿大蒙特利尔空气细菌浓度都在夏季较 高，而冬季和春季浓度较低( m a t t h i a sm a s e r ，r e i c h e r t 等，2 0 0 0 ：k e l l y ，p a d y 等，1 9 5 4 ：j o n e s ，c o o k s o n 等，1 9 8 3 ) ，对华盛顿空气细菌的研究结果表明冬季 空气细菌浓度最低，晚夏浓度最高( j o n e s ，c o o k s o n 等，1 9 8 3 ) 。国内也有大量 关于生物气溶胶浓度季节性变化的研究，其中大多数研究都采用了自然沉降法， 结果表明生物气溶胶季节变化明显( 胡庆轩，车风翔，1 9 9 2 ；胡庆轩，蔡增林等 1 9 9 5 ；陈炫，侯红等，1 9 9 9 ：李勇，2 0 0 7 ) 。 生物气溶胶在一天内的不同时间浓度分布特征也并不相同。胡庆轩等的研究 表明，昆明秋季的细菌和真菌浓度在一天中呈双峰变化，两个高峰时分别为早九 点和晚七点，下午三点到五点浓度最低( 胡庆轩，蔡增林等，1 9 9 5 ) ：胡庆轩等 的研究发现，北京、天津、沈阳的大气微生物在一天中大气细菌浓度呈双峰型变 化，早晚六点的浓度最高，中午一点的浓度最低( 胡庆轩，1 9 9 7 ) 。孙振海等研 究表明，南京空气中细菌浓度的日变化呈双峰分布，高峰出现在早七点至九点及 晚五点至九点( 孙振海，孙润桥等，2 0 0 3 ) 。刘苗苗等研究表明，青岛近海生物气 溶胶中陆源和海源细菌及真菌浓度分布表现为上午 下午 中午( 刘苗苗， 7 青岛近海生物气溶胶- i - 微生物群落的研究 2 0 0 8 ) 。 1 5 生物气溶胶的影响因素 气象条件和人类活动是生物气溶胶浓度及群落分布的主要影响因素，其中气 象因素包括气温、相对湿度、风速及风向、日光照射等。陈铭夏等研究表明，生 物气溶胶浓度和通量日变化存在周期性规律，它是湍流通量输送、太阳辐射、风 速、温度等环境因素共同作用的结果，其中太阳辐射和相对湿度对细菌浓度影响 较大，温度对真菌浓度影响较大( 陈铭夏，金龙山等，2 0 0 1 ) 。 风是大气微生物产生和传播的动力，d ig i o r g i o 等研究发现，西北风能够增 加法国马赛空气微生物的浓度，而东南风会减少其浓度。这表明风速和风向都会 对空气微生物浓度产生影响( d ig i o r g i o ，k r e m p f f 等，1 9 9 6 ) 。降雨和降雪对空 气微生物具有冲刷和净化作用，能够明显减少空气中细菌和真菌的浓度。其中空 气微生物粒径越大，清除作用越强：累计降雨量越大，大气微生物粒子被清除的 数量越多( 胡庆轩，车凤翔等，1 9 9 1 ；胡庆轩，李军保等，1 9 9 3 ) 。而雪的覆盖 能够有效的阻止微生物从土壤及动植物体向大气中释放，从而降低了空气微生物 的浓度( l id ，k e n d r i c k 等，1 9 9 4 ) 。f u z z i 等研究表明，空气细菌浓度在有雾的 条件下比洁净空气更高。雾滴可以成为微生物粒子生长的介质，空气细菌浓度受 雾滴温度、化学组成和酸碱度的影响。同时，雾可能会导致大气微生物的粒径增 大( f u z z i ，m a n d r i o l i 等，1 9 9 7 ) 。 日光辐射对大气微生物的活性具有消极影响，对其有灭杀作用，能够降低空 气微生物的浓度( t o n g ，l i g h t h a r t 等，1 9 9 8 ) 。l i g h t h a r t 等研究表明，当夏季正 午太阳辐射最强时，沙漠地区空气细菌的浓度最低( l i g h t h a r t ，s h a f f e r 等1 9 9 4 ) ； 刘苗苗等研究发现，青岛近海生物气溶胶中微生物浓度的日分布为中午最小，日 光辐射为主要原因( 刘苗苗，2 0 0 8 ) 。同时，日光辐射对一些空气真菌的生长和 繁殖也起到积极的作用，因为光能够激起某些真菌孢子的释放，许多真菌在光照 良好和干燥的条件下生长较好( s a l v a g g i o ，a u k r u s t 等，1 9 8 1 ) 。 3 青岛近海，上物气溶睃，l 微生物样溶的研究 1 6 论文的研究内容和目标 综上所述，生物气溶胶在国内外的关注程度越来越高，对生物气溶胶分布特 征方面的研究方法与技术手段都取得了一定的进展；但是目前对沿海生物气溶胶 分布特征及微生物群落特征的研究相对较少。目前的研究还无法准确确定生物气 溶胶对全球气候变化和大气过程的重要性，也无法规定生物气溶胶在环境中的允 许暴露水平。因此为了有效防止生物气溶胶造成的空气污染和对人类健康的危 害、研究生物气溶胶在大气过程的具体作用，对其微生物的群落结构进行系统的 深入研究非常必要。 青岛濒临黄海，兼备季风气候与海洋气候，既有陆源生物气溶胶又有海洋生 物气溶胶的输入，而且是亚洲沙尘气溶胶向中国近海及西北太平洋输送的重要通 道之一，该地区的生物气溶胶具有独特的微生物群落特征，研究青岛近海地区生 物气溶胶中微生物的群落特征对于了解沿海生物气溶胶特征及其环境和人体健 康效应具有重要意义。 9 青岛近海生物气溶胶l 微翌物料落的研究 2 研究材料和方法 2 1 研究地点概况 以研究青岛近海生物气溶胶的分布及群落特征为目的，在青岛地区设置了两 个采样点( 图2 1 ) 。其中一个采样点设在中国海洋大学鱼山校区测试中心楼顶 ( 3 6 0 0 3 n ，1 2 0 0 1 9 e ，距地面高度约为7 0 m ) ，此采样点距海边1 0k m 左右，附近 为居民生活区，四周绿地面积约为5 0 ；另一个采样点设在中国海洋大学崂山校 区教学楼六区楼顶( 3 6 0 0 9 2 q ，1 2 0 0 2 9 ，e ，距地面高度约9 0 m ) ，此采样点离海较 远，四周为学校教学区，绿地面积可达5 0 。 3 6 4 。 3 6 2 。 3 6 。 3 5 8 0 2 2 材料和方法 2 2 1 空气微生物采样器 图2 - 1 采样点示意图 本研究对生物