常州市春季PM2.5中細(xì)菌群落特征及影響因素

劉 菲,薛銀剛,*,屠博文,王利平*,趙亞芳,江曉棟,薛 柯

常州市春季PM2.5中細(xì)菌群落特征及影響因素

劉 菲1,薛銀剛1,2*,屠博文3,王利平1*,趙亞芳2,江曉棟1,薛 柯1

(1.常州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院,江蘇 常州 213164；2.江蘇省環(huán)境保護(hù)水環(huán)境生物監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,常州市環(huán)境監(jiān)測中心,江蘇 常州 213001；3.常州市疾病預(yù)防控制中心,江蘇 常州 213022)

為研究常州市春季PM2.5中細(xì)菌群落特征,利用高通量測序?qū)M2.5中細(xì)菌的16S rRNA基因進(jìn)行研究.測序獲得的有效序列數(shù)為600150,以97%的相似水平劃分,各樣品的OTUs為1890~6519,同時(shí)樣本的Coverage指數(shù)較高,表明測序結(jié)果可以準(zhǔn)確地代表樣本中的空氣細(xì)菌群落.物種注釋結(jié)果表明:常州春季PM2.5中相對豐度>1%的有11個(gè)細(xì)菌門、14個(gè)細(xì)菌綱和12個(gè)細(xì)菌屬,其中變形菌門(Proteobacteria)、藍(lán)藻細(xì)菌門(Cyanobacteria)和厚壁菌門(Firmicutes)是排名前3的優(yōu)勢細(xì)菌類群,占總基因豐度的80.88%.屬水平優(yōu)勢細(xì)菌主要有擬甲色球藻屬(,6.03%)、(5.95%)、微囊藻屬(,4.86%)和鞘氨醇單胞菌屬(,3.16%),但在屬水平上未能進(jìn)行分類的基因序列比例高達(dá)81.11%.基于PM2.5中細(xì)菌群落組成進(jìn)行來源分析,發(fā)現(xiàn)常州市春季PM2.5中細(xì)菌的環(huán)境來源多變,其主要環(huán)境源可能為淡水,其次是土壤、植物和人為源.利用冗余分析探討環(huán)境因子與細(xì)菌群落的關(guān)系,結(jié)果表明,NH4+、NO3-、O3、SO42-、OC、氣壓和CO是常州市春季PM2.5中細(xì)菌群落的主要影響因子,同時(shí)不同環(huán)境因子對不同細(xì)菌類群影響不同.

春季；PM2.5；細(xì)菌群落；來源分析；環(huán)境因子

近年來,顆粒物已造成我國多數(shù)城市空氣環(huán)境污染嚴(yán)重,而細(xì)顆粒物(PM2.5)是近年來大中城市灰霾天氣頻發(fā)的主導(dǎo)因素[1-2].PM2.5由于粒徑小,在大氣中停留時(shí)間長,傳輸距離遠(yuǎn),并且由于其比表面積大,成為許多有毒有害物質(zhì)的載體,對人體健康產(chǎn)生危害[3-4].研究表明空氣中存在一定數(shù)量且具有代謝活性的微生物,細(xì)菌在近地面大氣中普遍存在且為大氣微生物中非常重要的一部分[5-6].目前關(guān)于PM2.5的研究大多集中于化學(xué)成分、來源分析及其對人體健康的影響[7-10],針對PM2.5中細(xì)菌群落特征及其致病性的研究相對較少,同時(shí)影響PM2.5中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的因素在很大程度上未知.

空氣中細(xì)菌的研究方法主要有傳統(tǒng)培養(yǎng)法和16S測序分析方法[5].而高通量測序技術(shù)是對傳統(tǒng)測序技術(shù)一次革命性的改變,能夠準(zhǔn)確全面地反映細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性特征,已被廣泛應(yīng)用于不同生境的細(xì)菌群落及其功能研究[11-12].高通量測序技術(shù)亦是分析大氣中細(xì)菌的一種有效技術(shù),已被用于研究霧霾過程中生物氣溶膠的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)[13]和分析空氣中細(xì)菌群落來源[14].

已有研究表明四季內(nèi)微生物氣溶膠數(shù)量以春季較高[15],所以本次研究基于Illumina HiSeq測序平臺,利用16S rDNA測序方法分析常州市春季PM2.5中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),并基于細(xì)菌群落特征進(jìn)行來源解析.利用冗余分析(RDA)研究氣象因子、氣態(tài)污染物和顆粒物中化學(xué)組分對PM2.5中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響,這對全面了解PM2.5中細(xì)菌的環(huán)境效應(yīng)具有重要意義.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

采樣地點(diǎn)位于常州市環(huán)境監(jiān)測中心東樓樓頂(119°7′47″E,31°45′44″N),是大氣顆粒物自動(dòng)監(jiān)測國控站點(diǎn),為居民文教區(qū),采樣高度距離地面10m左右.采樣時(shí)間為2017年3月28日~2017年4月20日,采樣期間溫度逐漸回升,采樣持續(xù)時(shí)間為23h (15:00~次日14:00)[16].

采樣儀器為1臺嶗應(yīng)2031型智能空氣采樣器(青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所),此采樣器為大流量采樣器,配PM2.5切割頭,流量為1050L/min.采樣所用濾膜為玻璃纖維濾膜(20.3cm×25.4cm),濾膜在采樣前均使用馬弗爐450℃煅燒2h,相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作參照文獻(xiàn)[10],待采樣完成后將濾膜保存于-20℃,用于后續(xù)分析.

1.2 氣象因子、氣態(tài)污染物及化學(xué)組分監(jiān)測

采樣時(shí)記錄氣溫、氣壓、風(fēng)速和相對濕度等氣象條件.SO2、O3、CO和NO2質(zhì)量濃度由Thermo Scientific? 146i多種氣體校準(zhǔn)儀(Thermo Fisher Scientific, USA)實(shí)時(shí)監(jiān)測;水溶性離子(NO3-、SO42-、NH4+、Cl-、Na+、K+、Mg2+和Ca2+)質(zhì)量濃度由瑞士萬通中國有限公司的MARGA ADI 2080離子在線監(jiān)測儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測;PM2.5和PM10質(zhì)量濃度由TEOM 1405系列顆粒物監(jiān)測儀(Thermo Fisher Scientific, USA)同時(shí)監(jiān)測.元素碳(EC)和有機(jī)碳(OC)質(zhì)量濃度由Sunset RT-4(Sunset Lab, USA)實(shí)時(shí)觀測.

1.3 DNA提取

用滅菌的剪刀將樣品膜剪成小的膜片(約為樣品膜的1/12~1/8),再用牙簽刷(滅菌)刮取樣品膜上的顆粒物,并盡量減少濾膜的摻入,接著用剪刀將刮取的樣品盡量剪碎后置于PowerBead Tube中,后續(xù)按PowerSoil DNA Isolation Kit(Mobio, USA)試劑盒操作標(biāo)準(zhǔn)方法提取顆粒物樣品DNA.用NanoDrop2000超微量蛋白質(zhì)核酸分析儀(Thermo Fisher, USA)測定提取出的DNA濃度和純度,提取成功的樣品置于-20℃中保存,用于后續(xù)的PCR擴(kuò)增.

1.4 PCR擴(kuò)增和熒光定量

將提取好的DNA產(chǎn)物使用16S V4區(qū)引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增,V4區(qū)特異性引物序列正向引物: AYTGGGYDTAAAGNG,反向引物:TACNVGGGT- ATCTAATCC[17].PCR擴(kuò)增見表1,總體系共計(jì)50μL. PCR擴(kuò)增程序:95℃預(yù)變性3min,95℃變性30s,55℃退火溫度下反應(yīng)30s,72℃延伸30s,共30個(gè)循環(huán),最后在72℃延伸5min.將樣本的PCR產(chǎn)物用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測,使用AMPure XP Beads(Beckman Coulter, USA)進(jìn)行產(chǎn)物純化.將PCR純化產(chǎn)物用Qubit?dsDNA HS Assay Kits熒光定量系統(tǒng)(Life technology, USA)進(jìn)行定量檢測.

表1 PCR擴(kuò)增體系

1.5 高通量測序

使用TruSeq?DNA PCR-Free Sample Preparation Kit(Illumina, USA)建庫試劑盒進(jìn)行文庫構(gòu)建,構(gòu)建好的文庫使用Qubit @ 2.0熒光計(jì)(Thermo Scientific, USA)和Agilent Bioanalyzer 2100系統(tǒng)(Agilent, USA)評估測序文庫質(zhì)量,最后在Illumina HiSeq 2500平臺(Illumina, USA)上進(jìn)行測序.

1.6 生物信息分析

Hiseq測序得到的配對末端讀數(shù)首先根據(jù)重疊關(guān)系進(jìn)行拼接,同時(shí)對序列質(zhì)量進(jìn)行質(zhì)控和過濾,使用Uparse(v7.0.1001)軟件進(jìn)行序列分析,基于有效數(shù)據(jù)劃分操作分類單元(OUT),按照97%相似性對非重復(fù)序列進(jìn)行OTU聚類,在聚類過程中去除嵌合體,得到OTU的代表序列.篩選每個(gè)OTU的代表序列使用基于RDP分類器算法的GreenGene數(shù)據(jù)庫來注釋分類信息[18].為了研究不同OTU的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,以及不同樣本中優(yōu)勢種的差異,使用Muscle軟件進(jìn)行多序列比對(3.8.31版本).通過Qiime軟件(Version 1.7.0)計(jì)算細(xì)菌群落Alpha多樣性指數(shù)[19].

1.7 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后使用Origin 2017繪制圖形.環(huán)境因子與細(xì)菌群落的相關(guān)性研究首先經(jīng)除趨勢對應(yīng)分析排序(DCA)分析,并根據(jù)分析結(jié)果中第一軸的梯度長度,選定冗余分析提取顯著解釋細(xì)菌群落的環(huán)境因子[20],并研究環(huán)境因子與細(xì)菌群落的相關(guān)性.

2 結(jié)果與分析

2.1 采樣期間環(huán)境因子監(jiān)測結(jié)果

表2 采樣期間氣象數(shù)據(jù)

采樣期間氣象數(shù)據(jù)見表2.采樣期間溫度為11.6~27℃;氣壓變化范圍為1002~1021hPa;采樣期間風(fēng)速為0.8~2.08m/s,軟風(fēng)及輕風(fēng)天氣偏多;相對濕度平均值為55%.

各樣品采樣時(shí)段大氣污染物演變狀況見圖1,除O3為8h滑動(dòng)平均值外,其余污染物均為24h平均值.各污染物濃度變化范圍分別為SO2(6~47μg/m3)、NO2(18~55μg/m3)、PM10(78~251μg/m3)、O3(74~ 167μg/m3)、PM2.5(36~75μg/m3)和CO(0.627~ 2.066mg/m3).

圖1 采樣期間氣態(tài)污染物變化特征

圖2 采樣期間水溶性離子變化特征

各樣品采集期間水溶性離子變化特征見圖2,可以看出本次樣品采集過程中二次顆粒物所占比重較大[21],其中NO3-、SO42-和NH4+占比重較高,NO3-變化范圍為6.324~27.870μg/m3,SO42-變化范圍為5.351~21.462μg/m3,NH4+變化范圍為3.865~ 16.570μg/m3,3種離子平均百分比之和高達(dá)97.61%.而Cl-、Na+、K+、Mg2+和Ca2+的相對百分比較小,Cl-變化范圍為1.186~2.921μg/m3,Na+變化范圍為0.150~0.770μg/m3、K+變化范圍為0.285~1.265μg/ m3、Mg2+變化范圍為0.012~0.156μg/m3,Ca2+變化范圍為0.037~0.609μg/m3.

2.2 細(xì)菌群落多樣性與結(jié)構(gòu)特征

經(jīng)高通量測序,PM2.5樣品在門、綱、目、科、屬和種分類水平上獲得注釋信息的基因序列分別為600150、600150、593852、577204、558179和113381.在97%分類水平下,各樣品的OTUs為1890~6519,反映各采樣點(diǎn)樣品OTU覆蓋率的Coverage指數(shù)均達(dá)到94%以上,可以看出測序效果理想(表3).

表3 各樣品OTU聚類與多樣性分析

通過描述群落豐富度、多樣性和均勻度的Alpha多樣性指數(shù)來解釋PM2.5細(xì)菌群落物種組成情況(表3).各樣品細(xì)菌群落豐富度和多樣性均有所差異,E樣品菌群結(jié)構(gòu)的多樣性和均勻度較高,但細(xì)菌群落的豐富度較低,F樣品菌群結(jié)構(gòu)的多樣性和均勻度較低,但細(xì)菌群落的豐富度較高,同時(shí)分析結(jié)果表明環(huán)境因子與Alpha多樣性指數(shù)間無顯著相關(guān)關(guān)系(>0.05),可能的影響因素還需進(jìn)一步研究.總體來說,Chao1指數(shù)是OTU數(shù)目的2倍左右,表明本次關(guān)于細(xì)菌豐富度的測序深度約達(dá)到了多樣性估計(jì)值的2倍[22].

物種注釋結(jié)果表明顆粒物樣品共檢出20個(gè)細(xì)菌門,圖3為門分類水平下PM2.5的菌群結(jié)構(gòu).相對豐度最高的是變形菌門(Proteobacteria,63.87%).4類變形菌綱為PM2.5中的優(yōu)勢細(xì)菌綱,其中占比較高的是α-變形菌綱(Alphaproteobacteria,23.20%)和β-變形菌綱(Betaproteobacteria,13.37%),γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria,7.57%)和δ-變形菌綱(Deltaproteobacteria,3.72%)平均相對豐度較低.藍(lán)細(xì)菌門(Cyanobacteria,11.21%)和厚壁菌門(Firmicutes,5.80%)是平均豐度排名第2和第3的優(yōu)勢類群;其中Cyanobacteria和Firmicutes分別在D樣品和A樣品相對豐度最高,分別為19.82%和9.31%.此外,相對豐度較高的細(xì)菌門依次為擬桿菌門(Bacteroidetes,3.27%)、放線菌門(Actinobacteria, 2.90%)、異常球菌-棲熱菌門(Deinococcus-Thermus, 2.05%)、疣微菌門(Verrucomicrobia,1.75%)和浮霉菌門(Planctomycetes,1.51%)和酸桿菌門(Acidobacteria, 1.12%),將占比較低的細(xì)菌類群歸為Others類.

圖3 PM2.5中門分類水平細(xì)菌群落組成

表4 優(yōu)勢細(xì)菌屬豐度與來源解析

此外,平均相對豐度>1%的優(yōu)勢屬共有12個(gè),分別為擬甲色球藻屬(,6.03%)、(5.95%)、微囊藻屬(, 4.86%)、鞘氨醇單胞菌屬(,3.16%)、奇異球菌屬(,2.43%)、薄層桿菌屬(,1.69%)、甲基桿菌屬(,1.65%)、馬賽菌屬(, 1.61%)、副球菌屬(,1.52%)、(1.46%)、假單胞菌屬(,1.33%)和不動(dòng)細(xì)菌屬(,1.30%);優(yōu)勢細(xì)菌屬豐度變化與來源環(huán)境見表4.

2.3 細(xì)菌群落與環(huán)境因子相關(guān)性

圖4展示了氣象因子、氣態(tài)污染物和顆粒物化學(xué)組分對PM2.5中細(xì)菌群落的冗余分析結(jié)果,可以看出環(huán)境因子對PM2.5中細(xì)菌群落具有一定影響.經(jīng)冗余分析提取顯著解釋細(xì)菌群落的環(huán)境因子.通過篩選,NH4+、NO3-、O3、SO42-、OC、氣壓(QY)和CO對細(xì)菌群落的解釋量較高,分別為0.442、0.362、0.307、0.280、0.263、0.256和0.208.冗余分析結(jié)果表明第一主軸對門水平細(xì)菌群落方差變化的解釋量為76.9%,第二主軸的解釋量為17.6%,到軸4的累計(jì)合理解釋量為98.9%.

圖4 環(huán)境因子與細(xì)菌群落冗余分析

圖4中各箭頭連線夾角的余弦值表示二者的相關(guān)關(guān)系,可用于分析環(huán)境因子與不同物種間、環(huán)境因子間以及不同物種間的相關(guān)關(guān)系.其中,NH4+、NO3-與Cyanobacteria、Proteobacteria呈顯著正相關(guān)(<0.01);SO2、氣溫(QW)與Bacteroidetes、Firmicutes呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05);CO與Actinobacteria、Planctomycetes和Verrucomicrobia呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05),與Chloroflexi、Cyanobacteria和Proteobacteria呈顯著正相關(guān)(<0.05);OC、EC、氣壓與Bacteroidetes、Firmicutes呈顯著正相關(guān)(<0.05);SO42-與Firmicutes呈顯著正相關(guān)(<0.05).

3 討論

3.1 PM2.5中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及來源分析

大氣顆粒物中的微生物是大氣環(huán)境的重要組成部分,而細(xì)菌在PM2.5已分析出的生物組分中占比高達(dá)80%以上[21];經(jīng)高通量測序,常州春季PM2.5中細(xì)菌群落主要由11個(gè)細(xì)菌門、14個(gè)細(xì)菌綱和12個(gè)細(xì)菌屬組成(相對豐度>1%).Fang等[30]利用FA-1型撞擊式空氣微生物采樣器采集可培養(yǎng)細(xì)菌,結(jié)果表明杭州空氣中可培養(yǎng)細(xì)菌主要為微球藻屬()、芽胞桿菌屬()、葡萄球菌屬()、考克氏菌屬()和假單胞菌屬(),占總細(xì)菌種數(shù)的58%;而姚文沖[31]利用高通量測序技術(shù)研究杭州市空氣細(xì)菌群落特征,發(fā)現(xiàn)、、和是相對含量較高的菌屬;而、、和在本次研究中均有檢出,相對豐度分別為0.9%、0.3%、0.2%和0.1%,占比較低.由于空氣中只有大約1%的微生物能夠在培養(yǎng)基上形成菌落,因此運(yùn)用傳統(tǒng)培養(yǎng)法對群落結(jié)構(gòu)的判定誤差較大[5].相對來說,高通量測序技術(shù)可以更加細(xì)致全貌的反映研究樣品的菌群結(jié)構(gòu).本次PM2.5中大部分細(xì)菌是不致病的,但部分潛在的空氣傳播的病原體也被檢出,如約氏不動(dòng)桿菌(,0.16%)、魯菲不動(dòng)桿菌(,1.30%)[32]和盲腸腸球菌(,0.12%)[33].

來源于不同環(huán)境的細(xì)菌附著在PM2.5上,以氣溶膠形式存在于城市大氣環(huán)境中,是評價(jià)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo).細(xì)菌在自然界的物質(zhì)循環(huán)中扮演著重要角色,自然界的外在條件不僅影響著細(xì)菌氣溶膠在環(huán)境空氣中的比重,而且還影響著細(xì)菌群落的組成及多樣性[15].PM2.5中細(xì)菌來源廣泛,且可在水體、土壤和生物體之間進(jìn)行交換并組成一個(gè)龐大而復(fù)雜的體系.廖旭[2]等應(yīng)用T-RFLP、克隆文庫等測序方法研究廈門冬季PM2.5中細(xì)菌和真核微型生物的群落組成,并分析其潛在的來源環(huán)境,結(jié)果表明廈門城區(qū)空氣微生物的重要環(huán)境源可能為淡水,其次是土壤、水體沉積物、污水系統(tǒng)和動(dòng)物糞便等.此次常州市春季PM2.5中細(xì)菌主要為Proteobacteria,這主要是由于Proteobacteria來源廣泛且對大氣環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力,在土壤、淡水水體與大氣等多種環(huán)境介質(zhì)中廣泛分布[34-36],同時(shí)對低溫和輻射具有較強(qiáng)的抵抗能力[37].除Proteobacteria外,Cyanobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes主要是淡水環(huán)境中的優(yōu)勢細(xì)菌[38-39],同時(shí)也有研究表明淡水環(huán)境是青島市區(qū)街道四季和人工濕地夏季空氣細(xì)菌的主要來源[37],表明水體很有可能是PM2.5中細(xì)菌的最主要來源,這里的水體不僅是淡水來源,還包括天然的雨水、人為的降水以及各種污水等[40].土壤作為細(xì)菌巨大的繁殖場所和貯存體,風(fēng)會(huì)把大量細(xì)菌送入空氣中形成細(xì)菌氣溶膠,所以土壤也是PM2.5中細(xì)菌的主要發(fā)生源[22],同時(shí)、和均為土壤環(huán)境中的優(yōu)勢細(xì)菌(表4).PM2.5中還檢出了已知和植物相關(guān)的細(xì)菌類群,如、和(表4),表明植物源也是常州春季PM2.5中細(xì)菌的來源之一.經(jīng)比較,常州春季PM2.5中細(xì)菌的主要來源環(huán)境為淡水,其次為土壤和植物,同時(shí)在樣品采集過程中二次顆粒物所占的比重較大,因此人為源可能也是PM2.5中細(xì)菌的主要來源之一.

3.2 PM2.5中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)影響因子研究

細(xì)菌在大氣中存在時(shí),會(huì)受到各種環(huán)境因子的影響,比如氣候、天氣變化、當(dāng)?shù)氐纳飦碓春蜕硥m暴等人為和自然的污染源[41].空氣中細(xì)菌的新陳代謝和生長繁殖首先會(huì)受到氣溫的影響;存在于大氣中的氣態(tài)污染物(SO2、CO和O3等)會(huì)參加一系列的物理化學(xué)反應(yīng),從而引發(fā)大氣污染,會(huì)對細(xì)菌生長和存活產(chǎn)生影響;同時(shí)氣溶膠顆粒物中存在的化學(xué)成分不僅為細(xì)菌提供粘附的媒介,也可為細(xì)菌的生長和存活提供適宜的環(huán)境[42].可見,氣象因子、氣態(tài)污染物和氣溶膠顆粒物中化學(xué)組分共同影響著大氣中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu).

由于大氣顆粒物中存在著復(fù)雜多樣的組分,如有機(jī)物、元素、離子以及微生物,經(jīng)冗余分析(圖4)發(fā)現(xiàn)影響常州市春季PM2.5中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子為NH4+、NO3-、O3、SO42-、OC、氣壓和CO.王步英[21]發(fā)現(xiàn)氣象因子、氣態(tài)污染物和顆粒物中化學(xué)組分都會(huì)對北京冬季大氣中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,其中溫度、相對濕度、O3、NO2、顆粒物中SO42-和K+是影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)特征的重要環(huán)境因子.Innocente等[43]利用冗余分析研究米蘭和威尼斯兩個(gè)城市空氣顆粒物中水溶性離子對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果表明,NH4+和Ca2+與細(xì)菌群落具有很強(qiáng)的相關(guān)性.可見,不同地區(qū)、不同季節(jié)的環(huán)境影響因子對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響.同時(shí)也有研究[44]表明風(fēng)速較大時(shí)會(huì)引起邊界層的擾動(dòng),使顆粒物懸浮,從而增加大氣中細(xì)菌氣溶膠的濃度.經(jīng)冗余分析,O3與PM2.5中大多數(shù)細(xì)菌呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖4),這主要是由于O3毒性和破壞性很強(qiáng),對生物有機(jī)體危害極大.PM2.5中優(yōu)勢細(xì)菌與不同環(huán)境因子的關(guān)系均有所差異,這不僅與細(xì)菌自身特性有關(guān),同時(shí)與環(huán)境因子的相互作用、細(xì)菌間的相關(guān)作用以及環(huán)境因子與不同細(xì)菌間的耦合關(guān)系都相關(guān).而目前關(guān)于這方面的研究還比較缺乏,今后可開展相關(guān)研究以彌補(bǔ)該方面研究的空缺.

4 結(jié)論

4.1 常州春季PM2.5中細(xì)菌群落多樣性和豐富度較高,相對豐度＞1%的有11個(gè)細(xì)菌門、14個(gè)細(xì)菌綱和12個(gè)細(xì)菌屬,其中Proteobacteria、Cyanobacteria和Firmicutes是排名前3的優(yōu)勢細(xì)菌類群,占總基因豐度的80.88%.屬水平優(yōu)勢細(xì)菌主要有(6.03%)、(5.95%)、(4.86%)和(3.16%).

4.2 常州市春季PM2.5中細(xì)菌的環(huán)境來源多變,其主要環(huán)境源可能為淡水,其次是土壤、植物和人為源.

4.3 NH4+、NO3-、O3、SO42-、OC、氣壓和CO是常州市春季PM2.5中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主要影響因子,同時(shí)不同環(huán)境因子對不同細(xì)菌類群影響有所差異.

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Characteristics and influence factors of airborne bacterial communities in Changzhou’s PM2.5samples during spring.

LIU Fei1, XUE Yin-gang1,2*, TU Bo-wen3, WANG Li-ping1*, ZHAO Ya-fang2, JIANG Xiao-dong1, XUE Ke1

(1.School of Environmental and Safety Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, China；2.Key Laboratory of Environmental Protection of Water Environment Biological Monitoring of Jiangsu Province, Changzhou Environmental Monitoring Center, Changzhou 213001, China；3.Changzhou Centers for Disease Control and Prevention, Changzhou 213022, China)., 2018,38(9)：3254~3261

In order to investigate the characteristics of the airborne bacterial community in Changzhou’s PM2.5samplesduring spring, the 16S rRNA gene of bacterial in PM2.5sampleswas studied by high-throughput sequencing. 600150sequences obtained could be divided into 1890~6519 OTUs of each sample at 97% similarity level. The Coverage index of the samples was high and could accurately represent the airborne bacterial community in the samples. Species annotation results indicated that there were 11bacterial phyla, 14bacterial classes, 12bacterial genera with relative abundance greater than 1% in Changzhou’s PM2.5samples during spring. Proteobacteria, Bacteroidetes and Firmicutes were the top 3dominant phyla, accounting for 80.88% of the total gene abundance. At the genus level,(6.03%),(5.95%),(4.86%) and(3.16%) were predominant, but the proportion of gene sequences that failed to be classified was up to 81.11%. Based on the source analysis of bacterial community composition in PM2.5, it was found that the environmental sources of bacteria in Changzhou’s PM2.5samples during spring were varied, and the main environmental source might be fresh water, followed by soil, plants and anthropogenic sources. The results of redundancy analysis (RDA) for the relationship between environmental factors and bacterial community showed that NH4+, NO3-, O3, SO42-, OC, air pressure and CO were the main environmental factors affecting the bacterial community in Changzhou’s PM2.5samplesduring spring. At the same time, varied environmental factors had different effects on bacterial groups.

spring；PM2.5；bacterial community；source analysis；environmental factors

X172

A

1000-6923(2018)09-3254-08

劉 菲(1994-),女,安徽宣城人,常州大學(xué)碩士研究生,主要從事氣溶膠環(huán)境效應(yīng)及抗性基因污染特征研究.發(fā)表論文8篇.

2018-02-05

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(21607016);常州市科技局科技支撐(社會(huì)發(fā)展)項(xiàng)目(CE20175022);環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(SKLECRA20160FP20);江蘇省自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(BK20150250);江蘇省預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)科研課題項(xiàng)目(Y2015016)

* 責(zé)任作者, 薛銀剛, 高級工程師, yzxyg@126.com; 王利平, 教授, wlp@cczu.edu.cn