空氣中微生物的空間垂直分布狀況

徐淑霞， 賀亞斐， 趙 培， 馮文強(qiáng)， 吳 坤

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

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空氣中微生物的空間垂直分布狀況

徐淑霞， 賀亞斐， 趙 培， 馮文強(qiáng)， 吳 坤

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

采用自然沉降法分別對鄭州市2個(gè)不同功能區(qū)的空氣微生物進(jìn)行采樣分析。結(jié)果表明，空氣中微生物的數(shù)量與高度之間具有一定相關(guān)性，微生物的數(shù)量隨著高度的增加而增多，到達(dá)一定高度后數(shù)量逐漸降低；具體表現(xiàn)為，某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓的空氣微生物在15 m時(shí)數(shù)量最多，為2 731 CFU·m-3；某三甲醫(yī)院附近住宅樓在33 m時(shí)微生物數(shù)量最多，為13 783 CFU·m-3。2個(gè)功能區(qū)空氣中細(xì)菌、真菌、放線菌隨著高度的增加，整體變化趨勢相似，在同一高度上，真菌的數(shù)量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于細(xì)菌和放線菌，放線菌的數(shù)量略高于細(xì)菌。該結(jié)果表明，在人員密集的區(qū)域，空氣微生物的含量顯著高于人員稀少的區(qū)域。

垂直分布；空氣微生物；細(xì)菌；真菌；放線菌

空氣是人類生存必不可少的重要物質(zhì)，但空氣中存在著一定數(shù)量的微生物。空氣微生物是指空氣中的細(xì)菌、真菌、放線菌和病毒等有生命的活體[1]，它主要來源于土壤、水體表面、動植物、人體以及生產(chǎn)活動、污水污物處理等，已知存在于空氣中的細(xì)菌及放線菌有1 200種，真菌有4萬種[2]。雖然空氣微生物在自然界的物質(zhì)循環(huán)、生態(tài)平衡及許多生命體中起著非常重要的作用[3]，但是它也會引起環(huán)境污染，并使人體感染疾病[4]。因此，空氣中微生物的含量和種類可以反映所在區(qū)域的空氣質(zhì)量[5]?？諝馕⑸锊粌H能影響一個(gè)區(qū)域的系統(tǒng)生態(tài)功能，而且與該區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量、空氣污染和人體健康息息相關(guān)[6-9]。目前，鄭州市空氣污染較為嚴(yán)重。針對鄭州市空氣污染，一些學(xué)者開展了相關(guān)研究，郭亞奇等[10]對鄭州市大氣主要污染因子和相應(yīng)污染源進(jìn)行了分析研究；陳純等[11,12]對鄭州市大氣PM2.5大氣顆粒物的主要來源和大氣顆粒物中的多環(huán)芳烴類的污染進(jìn)行了分析；蔡子穎等[13]對鄭州市氣溶膠變化規(guī)律及特性也進(jìn)行了相關(guān)研究。這些研究主要闡述了鄭州市大氣污染的現(xiàn)狀，但針對大氣中微生物在空間垂直分布上的種類及含量的研究，目前尚未見較為詳盡的報(bào)道。本研究通過對冬季鄭州市某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓與某三級甲等醫(yī)院附近住宅樓不同高度空氣中細(xì)菌、真菌、放線菌的含量進(jìn)行檢測評估，初步對鄭州市空氣清潔度評價(jià)提供參考依據(jù)[14]。同時(shí)，進(jìn)一步了解了鄭州市空氣中微生物在空間上的分布規(guī)律，為鄭州市的住宅環(huán)境質(zhì)量評估提供了一定的理論依據(jù)[6]。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間及地點(diǎn)

本研究的采樣地點(diǎn)選取鄭州市內(nèi)某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓和一所三級甲等醫(yī)院附近住宅樓2個(gè)不同的功能區(qū)，于2014年冬季(11月)采樣，每個(gè)采樣點(diǎn)分別進(jìn)行早(7∶00-8∶00)、中(11∶30-12∶30)、晚(17∶00-18∶00)3個(gè)時(shí)間段采樣。采樣點(diǎn)實(shí)驗(yàn)工程大樓內(nèi)人員相對單一，屬鄭州市區(qū)較為清潔的高層建筑；而三級甲等醫(yī)院附近住宅樓內(nèi)人員密度大、情況復(fù)雜，流動性較大。

1.2 試驗(yàn)材料

牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基(細(xì)菌培養(yǎng)基)：牛肉膏 3.0 g、蛋白胨 10.0 g、NaCl 5.0 g、瓊脂 15 g，加水至 1 000 mL，pH值 7.4～7.6，121 ℃、20 min滅菌備用；

高氏一號(放線菌培養(yǎng)基)：可溶性淀粉20 g、KNO31 g、K2HPO4· 3H2O 0.5 g、MgSO4· 7H2O 0.5 g、NaCl 0.5 g、FeSO4· 7H2O 0.01 g、瓊脂15 g，加水至1 000 mL，pH值 7.2～7.4，121 ℃、20 min滅菌備用；

孟加拉紅培養(yǎng)基(真菌培養(yǎng)基)：蛋白胨 5 g、葡萄糖 5 g、KH2PO41 g、MgSO4· 7H2O 0.5 g、瓊脂20 g、1/3000孟加拉紅溶液100mL，加水至1 000 mL，氯霉素0.1 g，pH值7.2～7.4，115 ℃、30 min滅菌備用。

1.3 采樣方法

在2個(gè)功能區(qū)各單元不同樓層窗外，同一高度上采用平板自然沉降法對空氣微生物進(jìn)行計(jì)數(shù)。將含3種不同培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿打開蓋，放置于不同樓層的窗外，距各樓層地面1.5 m處，暴露10 min后用封口膜密封，實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)，每組試驗(yàn)3次重復(fù)。細(xì)菌培養(yǎng)皿于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2 d，真菌及放線菌培養(yǎng)基放置于28 ℃培養(yǎng)4 d，統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將2個(gè)功能區(qū)的不同單元、不同樓層高度所統(tǒng)計(jì)的微生物菌落數(shù)，根據(jù)Ostrogratskee formula：C=50 000N(At)-1(A：所用培養(yǎng)皿的面積；t：暴露于空氣中的時(shí)間；N：培養(yǎng)后培養(yǎng)皿上的菌落數(shù))換算出每立方米空氣中微生物的數(shù)量(CFU·m-3)。通過比較不同高度上每立方米空氣中微生物的數(shù)量，分析空氣中微生物的含量與高度的相關(guān)性；同時(shí)，使用SPSS軟件對不同高度上微生物數(shù)量間的顯著性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2個(gè)功能區(qū)空氣中細(xì)菌的數(shù)量及相關(guān)性研究

圖1為某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓與醫(yī)院附近住宅區(qū)2個(gè)功能區(qū)不同高度空氣中細(xì)菌的數(shù)量變化。從圖1-A中可以看出，某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓空氣中細(xì)菌的數(shù)量在24 m時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)細(xì)菌的數(shù)量為475 CFU·m-3；圖1-B中，醫(yī)院附近住宅樓空氣中細(xì)菌的數(shù)量在51 m時(shí)達(dá)到最大值，為774 CFU·m-3，且在相同高度上，住宅樓的細(xì)菌數(shù)量比實(shí)驗(yàn)工程大樓略高。2個(gè)功能區(qū)空氣中細(xì)菌數(shù)量的垂直分布均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。同時(shí)，2個(gè)功能區(qū)內(nèi)，細(xì)菌的數(shù)量與高度間均具有顯著相關(guān)性(P<0.05)。

2.2 2個(gè)功能區(qū)空氣中放線菌的數(shù)量及相關(guān)性研究

圖2為某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓與某醫(yī)院附近住宅樓2個(gè)功能區(qū)不同高度空氣中放線菌的數(shù)量變化。從圖2-A中可以看出，某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓空氣中放線菌的數(shù)量在24 m時(shí)達(dá)到最大值，為631 CFU·m-3；圖2-B中某醫(yī)院附近住宅樓空氣中放線菌的數(shù)量在42 m時(shí)達(dá)到最大值，為1 028 CFU·m-3。在24 m以下，2個(gè)功能區(qū)放線菌的數(shù)量相近，且變化趨勢一致，在24 m以上，實(shí)驗(yàn)工程大樓放線菌的數(shù)量明顯下降，而住宅樓的放線菌數(shù)量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。這可能與實(shí)驗(yàn)工程大樓高層人員相對較少有關(guān)。2個(gè)功能區(qū)內(nèi)，放線菌的數(shù)量與高度間均具有顯著相關(guān)性(P<0.05)。

圖1 2個(gè)功能區(qū)不同高度細(xì)菌的數(shù)量

圖2 2個(gè)功能區(qū)不同高度放線菌的數(shù)量

2.3 2個(gè)功能區(qū)空氣中真菌的數(shù)量及相關(guān)性研究

圖3為某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓與醫(yī)院附近住宅樓2個(gè)功能區(qū)不同高度上空氣中真菌的數(shù)量變化。從圖3-A中可以看出，某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓空氣中真菌的數(shù)量在15 m時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)真菌的數(shù)量為1 924 CFU·m-3；圖3-B中某醫(yī)院附近住宅樓空氣中真菌的數(shù)量在33 m時(shí)達(dá)到最大值，為12 588 CFU·m-3，且住宅樓的真菌數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)工程大樓，2個(gè)功能區(qū)空氣中真菌的數(shù)量相差3～5倍左右。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)工程大樓空氣中真菌的數(shù)量呈波浪式變化，而醫(yī)院附近住宅樓空氣中真菌的數(shù)量整體上形成先升高后降低的趨勢。2個(gè)功能區(qū)內(nèi)，真菌的數(shù)量與高度間均具有顯著相關(guān)性(P<0.05)。

2.4 2個(gè)功能區(qū)空氣中微生物總量及相關(guān)性研究

圖4為某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓與醫(yī)院附近住宅樓2個(gè)功能區(qū)不同高度上空氣中微生物總數(shù)的變化。從圖4-A中可以看出，某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓空氣中微生物的總數(shù)在15 m時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)微生物的數(shù)量為2 731 CFU·m-3；圖4-B中某醫(yī)院附近住宅樓空氣中微生物的總數(shù)在33 m時(shí)達(dá)到最大值，為13 783 CFU·m-3，且在相同高度上，住宅樓的微生物總數(shù)是實(shí)驗(yàn)工程大樓的2～5倍左右。同時(shí)，2個(gè)功能區(qū)空氣中微生物總數(shù)的垂直分布均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。2個(gè)功能區(qū)微生物的數(shù)量與高度的R2值較高，分別為0.860、0.863，整體呈現(xiàn)線性正相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

2個(gè)功能區(qū)空氣中微生物總量均隨著高度的增高而增多，在高度達(dá)到一定值后，隨著高度的增加微生物的總量逐漸降低。某大學(xué)實(shí)驗(yàn)工程大樓的人員相對簡單，流動性小,在15 m時(shí)微生物的總量達(dá)到最大值；某醫(yī)院附近住宅樓的人員較密集，流動性大，在33 m時(shí)微生物的總量達(dá)到最大值。通過差異顯著性分析可知，空氣中微生物的數(shù)量與高度具有顯著相關(guān)性。

圖3 2個(gè)功能區(qū)不同高度真菌的數(shù)量

圖4 2個(gè)功能區(qū)微生物的垂直分布規(guī)律

在2個(gè)功能區(qū)，實(shí)驗(yàn)工程大樓室外空氣中3類微生物的變化趨勢不穩(wěn)定，特別是放線菌與真菌的變化，這可能與該樓內(nèi)人員流動有關(guān)。該樓內(nèi)下層人員流動相對較大，而上層為重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，人員流動較??；住宅樓空氣中3類微生物的變化趨勢較穩(wěn)定，整體均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，可能與住宅區(qū)不同高度上人流量變化相近有關(guān)。

2個(gè)功能區(qū)微生物的數(shù)量均為真菌>放線菌>細(xì)菌，這與趙霞等[15]對開封市空氣中微生物數(shù)量變化動態(tài)研究的結(jié)果不同，可能與兩地不同的空氣懸浮顆粒、氣溫、濕度及密集的人流量相關(guān)[16]。實(shí)驗(yàn)工程大樓空氣微生物的數(shù)量相對較低，環(huán)境比較干凈，而住宅樓空氣微生物的數(shù)量較高。

本試驗(yàn)采用的方法為自然沉降法，該方法簡單方便，成本低，但具有一定的局限性，易受到微生物顆粒大小、風(fēng)速及周邊環(huán)境等因素的影響。如果條件許可，盡可能選用其他更準(zhǔn)確的檢測方法，使空氣中的微生物盡可能多的檢測出來，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；采樣的時(shí)間也較短，僅能代表鄭州市該季微生物在空間上的大致分布，需多階段采樣，研究不同年份，不同季節(jié)空氣微生物的空間分布。同時(shí)，為了詳細(xì)評價(jià)空氣微生物含量的空間分布和環(huán)境污染的相關(guān)性，仍需進(jìn)一步對空氣中微生物的種類以及影響因素等進(jìn)行研究。

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(責(zé)任編輯：朱秀英)

The space vertical distribution of microbes in the air

XU Shuxia, HE Yafei, ZHAO Pei, FENG Wenqiang, WU Kun

(College of Life Sciences, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002， China)

The natural sedimentation method was used for sampling and analysis of the air microbial of two different functional areas in Zhengzhou city. The results showed that the air microbial population was relevant to height. The microbe quantity increased in the first several floors, then decreased in the higher floors. The airborne microbes at the height of 15 m outside a certain university building reached its maximum of 2 731 CFUm-3,while the maximum (13 783 CFUm-3) of air microorganisms in the residential building close to a certain hospital was collected at the height of 33 m. The number of bacteria, fungi and actinomycetes changed with height and presented the similar trend. At the same height, the number of fungi was much higher than that of bacteria and actinomycetes, meanwhile the actinomyces quantity was slightly higher than that of bacteria. The results suggest that the airborne microorganism content in a crowded environment was significantly higher than that of sparsely populated areas.

vertical distribution; air microorganism; bacterium; actinomyces; fungi

2015-03-10

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(CX14013)。

徐淑霞(1971-)，女，河南靈寶人，副教授，主要從事環(huán)境微生物研究。

吳 坤(1963-)，男，河南平輿人，教授，博士生導(dǎo)師。

1000-2340(2015)05-0683-05

Q 938.2

A