大气微生物污染研究进展_明惠青

大气微生物污染研究进展

明惠青（辽宁省气象科技服务中心110101）

摘要：人类社会快速发展的同时也带来了严重的环境污染问题。随着人们环保意识的提高，大气污染也越来越引起人们的关注。尤其近年SARA、禽流感、超级细菌等疾病的流行和暴发，使人们在关注大气理化性质污染的同时也意识到微生物污染的严重性。因此，对大气微生物污染进行系统的研究越来越成为国内外学者研究的热点。大气微生物是指大气中细菌、霉菌和放线菌等有生命的活体，主要来源于土壤、水体表面、动植物、人体以及生产活动、污水污物处理等。大气中的微生物大多依附灰尘等气溶胶粒子而构成微生物气溶胶。溶胶的粒径主要在0.25-30 μm间变化。大气中的微生物数目、菌谱是评价环境空气质量及其危害人体健康程度的重要指标，影响空气微生物群落结构的主要因素有：大气温度、相对湿度、风速、光照等；大气微生物研究早在17世纪就开始进行，20世纪得到了长足的发展，国内外学者都取得了一定的研究成果，随着分子技术的出现，大气微生物污染研究也进入新的发展时期。目前大气微生物采样方法主要有两种，一种是自然沉降法，是德国细菌学家Koch 于1881年建立的，它是利用空气微生物粒子的重力作用，在一定的时间内，让所处区域的空气中微生物颗粒逐步沉降到有培养介质的平皿内的一种采样方法。另一种是气流撞击法。大气微生物分离鉴定技术主要有培养基方法和非培养基方法两种。培养基法是传统的大气微生物检测方法，将采集的微生物经过培养繁殖生长成菌落后计数，然后进行分离和纯化，通过检测鉴定，确定为何种微生物；非培养基法，是在采样后不经过培养就进行计数、鉴定的方法。非培养基法的发展使得大气中越来越多的微生物被鉴定。本文在对已有研究成果进行综述的同时并对今后研究方向和前景进行了展望。今后应加强从生态系统角度出发，系统地研究大气微生物群落结构，大气微生物群落结构变化影响因子及影响途径，以及大气微生物群落结构对生态系统的影响；全面了解大气微生物的动态变化规律以及大气微生物的变化对整个生态系统的影响；大气微生物的毒理学研究；微生物气溶胶感染途径及机理的研究。

关键词：大气微生物 微生物污染 微生物气溶胶 评价指标

1. 引言

人类社会飞速发展的同时，也带来了严重的环境污染问题。随着人们环保意识的提高，大气污染逐渐被大家认识。大气中的污染物主要包括大气颗粒物、化学污染物和大气微生物。目前，国内环保系统大气污染关注的焦点是理化性质的污染，如，烟尘，粉尘，TSP，PMl0，S02，NO，光化学烟雾等等，对与人类与生俱来的大气微生物问题关注却较少[1]。近年来，随着非典(SARS)、禽流感和甲型H1N1流感在我国乃至世界的传播和危害，使人们越来越重视微生物所带来的污染，因此对大气微生物进行系统深入的研究成为亟待解决的问题。

2．大气微生物污染概念

大气微生物是指空气中细菌、霉菌和放线菌等有生命的活体，不仅具有重要的生态功能，同时还与空气污染，环境质量和人体健康密切相关[2]。大气微生物主要来源于土壤、水体表面、动植物、人体以及生产活动、污水污物处理等[3]。大气微生物污染是环境污染之一，是指大气中的微生物遇到适宜的生存条件大量繁殖，造成其在一定的空间范围内数量骤增，使位于该区域免疫低下的人和其他生物因接触、呼吸、吸食而感染，进而造成疾病大面积传播，对人们的生命财产及区域生物多样性产生极大的威胁。

大气中的微生物大多依附灰尘等气溶胶粒子而构成微生物气溶胶[4]。溶胶的粒径主要在0.25-30 μm间变化；微生物气溶胶具有6大特性：来源的多相性、种类的多样性、活性的易变性、播散的三维性、沉积的再生性、感染的广泛性。微生物气溶胶的活性从它形成的瞬间开始就处于一直变化的状态。影响微生物气溶胶衰减和总量的因素很多，主要有：微生物的种类、气溶胶化前的悬浮机制以及各种环境因素[2]。

空气中的微生物数目、菌谱是评价环境空气质量及其危害人体健康程度的重要指标，影响空气微生物群落结构的主要因素有：大气温度、相对湿度、风速、光照等。

3．大气微生物污染研究概况

3.1 大气微生物污染研究历史及现状

大气微生物的研究可追溯到17世纪，20世纪以来，美国、法国、英国、印度、瑞典、日本等国都展开了研究。1978年在慕尼黑召开了第一届国际大气微生物学会，1982年国际空气生物学协会、国际生物科学联合会等在美国华盛顿召开了第二届国际大气生物学会议[5-6]。 近年来我国科研人员也对大气微生物污染进行了大量的研究。北京、天津、兰州、沈阳和乌鲁木齐等地都有大气微生物污染的报道。李界秋等对南宁市城区大气微生物污染状况进行了调查与评价[7]。贾丽等对西北师范大学校园内的大气微生物进行了时空分布及与人群活动关系的研究[8]。赵吉等对呼和浩特市大气微生物数量的时空分布进行了研究[6]。郑芷青等对珠江三角洲城市群大气微生物与环境相关性进行了研究[9]。王春华对东莞市5个不同公共场所的大气微生物进行监测，分析了大气微生物的季节变化特征，微生物菌群的特性[10]。凌琪等对合肥城区空气中的真菌进行了监测，并分离到真菌35个属[11]。周慧晶等对葫芦岛市区室内外空气微生物含量进行了测定。孙丕喜等测定了银川空气微生物的含量，并分析了银川空气微生物含量的时空分布状态[12]。龚一苑等对四川4 家三甲医院门诊大厅的空气微生物进行调查[13]。

3.2 国内外大气微生物研究成果

国外对空气微生物的来源、类型、粒谱范围以及影响空气微生物群落变化的因素进行了较系统的研究。目前，中国对空气微生物的研究多为调查研究，即在一定时间内对某种场所进行空气微生物采样，了解微生物的浓度、种属等情况。这些场所包括室内的和室外的。室外的有：城市各功能区[14]、湖泊、海洋、校园、垃圾填埋场[15]、以及不同的风景区[16]等。室内则有：医院[17]、各种文化娱乐场所、厂房、旅店、大型商场、图书馆、展览馆[18]、列车车厢等。研究中采用的检测指标有：菌落总数、细菌总数、真菌总数，以及有针对性的病原菌、条件致病菌及微生物耐药情况等。

4．大气微生物研究方法

4.1 大气微生物取样方法

大气微生物取样有两种常用的方法，自然沉降法和气流撞击法。自然沉降法以其采样简单易行、经济实用而被广泛应用。但有的研究表明这种采样方法不能准确反映一定容量空气中的微生物数，也不宜测得微小颗粒上微生物数，同时易受气流等环境因素的影响，检测结果的误差较大[19]。气流撞击法能较准确地测知大气中微生的含量，一般认为撞击法能采集悬浮在大气中的微生物的颗粒，并且不受环境气流的影响，采样量相对准确[20]。然而，目前，还没有一种采样技术能保证微生物标本尽可能反映原始状态，又因空气微生物采样是由多方因素决定的，所以用多种采样器及多种分析方法进行联合测定比较科学。

4.2 大气微生物分离鉴定方法

空气微生物的研究方法分为两大类：培养基方法和非培养基方法。培养基法是传统的空气微生物检测方法，将采集的微生物经过培养繁殖生长成菌落后计数，然后进行分离和纯化，通过检测鉴定，确定为何种微生物。鉴定方法主要有：核酸分子杂交、16SrRNA序列分析、DNA的G+C含量分析、质谱、色谱分析、以及免疫学方法与光学技术相结合的全自动分析方法[21]。培养基法需要花费大量的时间和劳动力，只能够检测活的能够在培养基上生长的微生物。环境中只有少部分微生物是可以培养的，通过培养基法只能检测到空气中的一小部分微生物[22]。非培养基法，是在采样后不经过培养就进行计数、鉴定的方法。主要有光学显微镜、荧光显微镜、电子扫描显微镜和流通式血球计数等检验方法，以及PCR检测法。PCR 检测法具有敏感性高、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。尤其是定量PCR(qPCR)，不仅灵敏度高、检测快速，还可以实现对DNA 或RNA 的绝对定量分析。1999 年Haug land 等第一次用qPCR检测了微生物气溶胶，证明qPCR可以快速定量空气中某种微生物气溶胶的浓度[23]。最近几年qPCR在空气微生物气溶胶的研究中应用较多，显示了良好的应用前景。此外，DNA芯片技术、变性梯度凝胶电泳(DGGE)、末端限制性酶切片段长度