大氣生物氣溶膠花粉單顆粒的形貌特征及吸濕特性研究

賈 嘉，宋曉焱，滕曉咪，羅伊琳，徐 亮，袁 琦，李衛(wèi)軍*

1. 華北水利水電大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 4500462. 浙江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院大氣科學(xué)系，浙江 杭州 310027

生物氣溶膠是大氣氣溶膠的重要組成部分，是含有微生物或生物大分子等生命活性物質(zhì)的微粒，粒徑從幾百納米到幾微米不等，包括真菌、細(xì)菌、病毒、霉菌孢子和植物花粉等[1-3]，生物氣溶膠的產(chǎn)生包括自然排放和人類活動(dòng)，即自然源和人為源[4]. 生物氣溶膠體積小、質(zhì)量輕，易于擴(kuò)散和遠(yuǎn)距離傳送，通過吸收和散射太陽輻射直接影響地球吸收-輻射平衡，進(jìn)而直接影響氣候；它還可以作為云凝結(jié)核(cloud condensation nuclei，CCN)和冰核粒子(ice-nucleating particles，INPs)影響成云和降雨，間接影響氣候[5-9]. 據(jù)估算，全球每年生物氣溶膠的排放量可達(dá)1000 Tg，占大氣氣溶膠數(shù)濃度的30%左右[1]. 花粉作為一類粒徑較大的生物氣溶膠，是重要的生物氣溶膠組成部分，對(duì)氣候效應(yīng)和人類健康也有很大的影響，如被稱為“巨云凝結(jié)核”，可在更低的過飽和狀態(tài)下形成云滴，并迅速生長(zhǎng)至較大的液滴尺寸，從而促進(jìn)雨的形成；花粉顆粒通過在空氣中的傳播擴(kuò)散，侵入人體呼吸系統(tǒng)引起過敏或中毒反應(yīng)[10-13].

吸濕性是大氣氣溶膠的一個(gè)重要物理化學(xué)性質(zhì)，常用于表達(dá)氣溶膠顆粒物在相對(duì)濕度下的吸濕能力，其大小用吸濕增長(zhǎng)因子〔growth factor，GF(RH)〕[14]表示. 生物氣溶膠吸濕特性的重要作用表現(xiàn)在對(duì)環(huán)境效應(yīng)和健康效應(yīng)的影響方面：首先，高相對(duì)濕度時(shí)，吸濕性氣溶膠粒徑增大會(huì)導(dǎo)致散光系數(shù)增強(qiáng)，影響大氣溫度以及大氣能見度[15-16]，同時(shí)顆粒物的吸濕性能決定氣溶膠云凝結(jié)核活性，吸濕性強(qiáng)的顆粒物更易成核[17]. 其次，生物氣溶膠的吸濕性會(huì)影響其在大氣中的傳播和停留時(shí)間[18-20]，如病毒的存活和傳播[21]. 此外，人體呼吸過程是一個(gè)空氣加濕過程，吸氣時(shí)，健康肺部的鼻、咽、氣管和支氣管內(nèi)黏膜使得空氣的相對(duì)濕度快速增加，人體呼吸系統(tǒng)的加濕作用對(duì)吸濕性顆粒物的沉積必然造成較大影響，生物氣溶膠較一般氣溶膠而言其傳染性、致病性更強(qiáng)，可被人體吸入，進(jìn)而對(duì)人體健康造成更嚴(yán)重的威脅[22-23]. 尤其是粒徑較大的生物氣溶膠(如花粉)，目前已知的較為常見的研究花粉吸濕性的方法有：①吸濕性串聯(lián)差分分析儀法(HTDMA)[24]，該儀器能夠通過檢測(cè)氣溶膠吸濕前后粒徑變化率來衡量吸濕性能；②蒸氣吸附分析儀法(VSA)[25-26]，通過此儀器可以精確測(cè)量花粉顆粒在不同相對(duì)濕度下的質(zhì)量變化，并以此得到不同花粉顆粒的吸濕性參數(shù)(κ)；③電動(dòng)平衡技術(shù)(EDB)[27]，根據(jù)電力平衡原理，使帶電氣溶膠顆粒所受電場(chǎng)力與自身重力平衡來計(jì)算顆粒物質(zhì)量，并推算顆粒物吸濕前后質(zhì)量變化. 吸濕性串聯(lián)差分分析儀、蒸汽吸附分析儀可以獲得群體顆粒物的吸濕特性，電動(dòng)平衡技術(shù)可以通過測(cè)量單個(gè)顆粒物的質(zhì)量變化來推算其吸濕特性，但無法通過直接觀察單個(gè)花粉顆粒的吸濕增長(zhǎng)過程，來回答花粉顆粒本身是由于表面化學(xué)物質(zhì)還是顆粒內(nèi)部物理性形變影響吸濕性，通過使用環(huán)境掃描電子顯微鏡可以觀察花粉顆粒物表面結(jié)構(gòu)和形貌特征，來判斷影響花粉顆粒吸濕的因素[28]. 為了能夠直接觀察花粉顆粒的吸濕增長(zhǎng)過程，該研究擬采用單顆粒吸濕性系統(tǒng)(individual particle hygroscopic system，IPH)直接觀察花粉顆粒的吸濕增長(zhǎng)過程，并利用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)對(duì)花粉顆粒進(jìn)行形貌觀察，以期為深入理解花粉顆粒物表面及內(nèi)部的吸濕特性提供參考.

1 樣品采集與分析

1.1 樣品采集

花粉采集時(shí)間為2021年3—4月. 采用機(jī)械方法收集花粉：用剪刀將含有花粉的枝條剪下，摘下枝條上的花粉球裝進(jìn)自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，然后將其均勻地鋪開在覆蓋有錫箔紙的干凈托盤中，用鑷子摘下花藥，烘干或自然風(fēng)干至花藥開裂，將散落花粉進(jìn)行收集；或者先用紙袋套在花朵上面，輕輕敲打其莖段，使花粉自然脫落于紙袋中. 將收集好的花粉放入裝有硅膠的干燥器中予以干燥. 用篩子除去花粉的花絮等雜物，將篩后的花粉分裝入15 mL離心管，對(duì)應(yīng)做好標(biāo)記并用封口膜密封，保存在干燥箱中.

選擇山茶花(Camellia)、諸葛菜(Orychophragmus violaceus)、耬斗菜(Aquilegia)、錦帶花(Weigela florida)、三色堇(Viola tricolor)作為試驗(yàn)花材(見圖1). 山茶花為山茶科山茶屬木本植物，野生山茶在我國(guó)僅集中分布于山東和浙江兩省，浙江省現(xiàn)有野生山茶30萬株，分布面積達(dá)220 hm2[29]. 諸葛菜為十字花科諸葛菜屬草本植物，主要分布在我國(guó)華東、東北、華北地區(qū).太白諸葛菜、湖北諸葛菜分別主要分布于陜西秦嶺地區(qū)和湖北省，鋪散諸葛菜僅分布于浙江省和上海市. 我國(guó)十字花科植物種類十分豐富，約有94屬400余種，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，與人類生活息息相關(guān)[30].耬斗菜為雙子葉植物綱毛茛科耬斗菜屬下的一個(gè)植物種，主要分布于我國(guó)東北、華北等地，不僅具有極高的觀賞價(jià)值，還是物種演化研究的模式植物，具有很重要的研究?jī)r(jià)值，全球約70種，廣泛分布于北半球的溫帶地區(qū)，其中中國(guó)有13種[31]. 錦帶花是忍冬科錦帶花屬植物，分布于我國(guó)各地，5月開花，葉濃花艷，花期長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月，適應(yīng)性強(qiáng)，可叢植于草坪、路旁及庭院，是東北、華北等地的觀賞性植物，是一種重要的園林綠化灌木[32]. 三色堇是堇菜科堇菜屬的二年或多年生草本植物，其品種繁多，色彩鮮艷，花期長(zhǎng)，耐寒，有“花壇皇后”的美譽(yù). 三色堇目前在我國(guó)廣泛栽培，是重要的花壇花卉和盆栽花卉，市場(chǎng)需求量大[33].這5種花均在我國(guó)廣泛分布，目前很少有對(duì)這5種花粉的吸濕性研究.

圖1 不同試驗(yàn)花材的照片F(xiàn)ig.1 Pictures of the different experimental flower material

1.2 單顆粒吸濕性系統(tǒng)

該研究設(shè)計(jì)搭建了一個(gè)用于研究氣溶膠吸濕性的裝置—單顆粒吸濕系統(tǒng)(IPH). 該系統(tǒng)用于表征在實(shí)驗(yàn)室制備的復(fù)合粒子樣本和通過外場(chǎng)觀測(cè)收集到的單個(gè)氣溶膠粒子樣本在吸濕過程中的形態(tài)和粒子尺寸的變化[34].

該系統(tǒng)由溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)以及顆粒物顯微觀察系統(tǒng)組成. 具體試驗(yàn)操作如下：

a) 通過電腦控制質(zhì)量流量計(jì)(MFC)調(diào)節(jié)干、濕氮?dú)獾牧髁勘壤瑥亩刂莆鼭袂皇覂?nèi)的相對(duì)濕度(RH)變化. 試驗(yàn)從RH=5%開始，逐步增加5%直至95%，每次改變之后穩(wěn)定30～300 s，待相對(duì)濕度穩(wěn)定后再拍攝樣品照片，當(dāng)觀察花粉顆粒粒徑不再增長(zhǎng)時(shí)表明花粉顆粒在這一相對(duì)濕度下達(dá)到平衡.

b) 將花粉顆粒樣品放在銅網(wǎng)膜或單晶硅片上，固定在腔體內(nèi)不銹鋼底座(高20 mm，直徑30 mm)上，吸濕腔內(nèi)設(shè)置有溫度和濕度傳感裝置，并連接電腦，實(shí)時(shí)探測(cè)并顯示腔體內(nèi)的溫度和相對(duì)濕度.

c) 使用配備的相機(jī)通過光學(xué)顯微鏡(Olympus BX51M，Japan)拍攝吸濕腔室內(nèi)不同相對(duì)濕度時(shí)的花粉顆粒圖片，拍攝圖片時(shí)保證每張圖有足夠數(shù)目的花粉單顆粒，每種花粉樣品做3次.

d) 對(duì)于所拍攝圖片，利用Radius軟件(EMSIS GmbH，Germany)獲取顆粒物不同相對(duì)濕度下的粒徑，通過計(jì)算加濕后顆粒物在某一相對(duì)濕度下的粒徑(Dp)與初始干燥狀態(tài)顆粒物粒徑(Dp0)的比值，可得到不同相對(duì)濕度下氣溶膠顆粒物的吸濕增長(zhǎng)因子(GF)，即GF=Dp/Dp0.

1.3 掃描電鏡分析

掃描電子顯微鏡可以直接觀察真空腔體內(nèi)固態(tài)物質(zhì)的表面微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)和構(gòu)成. 該研究使用飛納臺(tái)式掃描電子顯微鏡(Phenom，XL，Holland)觀察花粉顆粒的形貌：首先用導(dǎo)電膠將干燥的花粉顆粒固定在釘形樣品臺(tái)上，使用壓縮氣體吹掃除塵；然后使用專用鑷子將樣品臺(tái)豎直地插入樣品杯中，調(diào)節(jié)高度，打開艙門，將樣品杯放入；最后調(diào)節(jié)電鏡的焦距、亮度以及對(duì)比度直至觀察到清晰的樣品，拍攝花粉顆粒不同角度的圖片.

2 結(jié)果與討論

2.1 花粉顆粒形貌與大小

利用臺(tái)式掃描電子顯微鏡觀察正常室溫以及相對(duì)濕度下5種不同類型的花粉微觀結(jié)構(gòu)，從不同角度展示其微觀形貌特征.

山茶花花粉顆粒：呈長(zhǎng)球形，兩極較平；赤道面觀為長(zhǎng)橢圓形，極面觀呈三裂圓形；有3條萌發(fā)孔，萌發(fā)孔達(dá)兩極端〔見圖2(a)〕；花粉顆粒表面紋飾呈皺波狀，有大小不等、深淺不一的孔穴，且穿孔大小由中間向極面逐漸減小. 平均極軸P=55.4 μm，變化范圍為49.3～61.5 μm；平均赤道軸E=28.5 μm，變化范圍為25.6～31.4 μm，P/E平均值為1.94(見表1).

諸葛菜花粉顆粒：呈長(zhǎng)球形，兩極較尖；赤道面觀為長(zhǎng)橢圓形，極面觀呈三裂圓形；有3條萌發(fā)孔，萌發(fā)孔達(dá)兩極端；花粉顆粒表面紋飾為不規(guī)則網(wǎng)狀紋飾，網(wǎng)眼大小不一致，形狀不規(guī)則〔見圖2(b)〕. 平均極軸P=34.3 μm，變化范圍為33.7～34.9 μm；平均赤道軸E=18.0 μm，變化范圍為16.9～19.1 μm，P/E平均值為1.90(見表1).

耬斗菜花粉顆粒：近橢球形；有3條萌發(fā)孔，赤道面觀為橢圓形或近圓形，極面觀為三裂圓形或圓形，萌發(fā)孔狹長(zhǎng)或稍寬，有整齊或不整齊下陷的邊緣，孔膜上有顆粒狀紋飾或刺狀紋飾萌發(fā)孔達(dá)兩極端〔見圖2(c)〕. 平均極軸P=102.6 μm，變化范圍為95.0～107.5 μm；平均赤道軸E=47.8 μm，變化范圍為45.0～53.2 μm，P/E平均值為2.15(見表1).

錦帶花花粉顆粒：呈不規(guī)則球形，兩極較禿，花粉顆粒平滑表面攜帶著一些赤凸?fàn)钚☆w粒，并且表面分散著一些針狀尖刺狀顆粒. 不同的是，錦帶花花粉顆粒未觀察到典型的萌發(fā)孔，但是部分花粉顆粒表面的凹陷較為明顯，表明該類顆粒物內(nèi)部呈現(xiàn)鏤空〔見圖2(d)〕. 平均極軸P=46.3 μm，變化范圍為42.4～50.8 μm；平均赤道軸E=39.1 μm，變化范圍為37.7～43.1 μm，P/E平均值為1.18(見表1).

圖2 不同花粉顆粒的SEM圖片F(xiàn)ig.2 SEM images of pollen particles

表1 不同花粉形態(tài)特征測(cè)量結(jié)果Table 1 Pollen morphology feature measurement results

三色堇花粉顆粒：近長(zhǎng)柱形；有4條萌發(fā)孔，萌發(fā)孔達(dá)兩極端，兩級(jí)有近圓形的平面，中部粗糙，外壁光滑〔見圖2(e)〕. 平均極軸P=73.5 μm，變化范圍為68.3～81.9 μm；平均赤道軸E=44.6 μm，變化范圍為40.7～49.3 μm，P/E平均值為1.64(見表1).

基于不同花粉顆粒的形貌特征(見表1)發(fā)現(xiàn)，大部分花粉顆粒表面都有明顯的萌發(fā)孔，這些萌發(fā)孔的裂隙連通著花粉顆粒的內(nèi)部與表面，花粉顆粒表面大部分表現(xiàn)出粗糙不平整的特性，顆粒物通常呈長(zhǎng)球形.

2.2 花粉顆粒吸濕特性

山茶花花粉〔見圖3(a)〕：20 ℃下山茶花花粉吸濕增長(zhǎng)因子(GF)隨相對(duì)濕度(RH)的增加而增大.當(dāng)RH=20%時(shí)，花粉顆粒吸濕增長(zhǎng)極其緩慢或不增長(zhǎng)，＞20%～＜40%時(shí)逐漸吸濕增長(zhǎng)，40%～＜80%時(shí)吸濕增長(zhǎng)較緩慢，80%時(shí)花粉顆粒粒徑明顯增加(GF=1.06)，95%時(shí)GF迅速增至1.11. 山茶花花粉的粒徑在RH接近飽和(95%)時(shí)較RH=5%時(shí)增長(zhǎng)了約10.8%.

諸葛菜花粉〔見圖3(b)〕：RH從5%增至10%時(shí)，諸葛菜花粉顆粒粒徑增加了4.7%，說明RH較低時(shí)諸葛菜花粉顆粒粒徑發(fā)生了明顯的吸濕增長(zhǎng)；為10%～＜80%時(shí)，諸葛菜花粉的粒徑增長(zhǎng)平緩，GF從1.05增至1.08；＞80%時(shí)，GF增速略有增加；RH=95%時(shí)，GF為1.10，此時(shí)諸葛菜花粉的粒徑較RH=5%時(shí)增長(zhǎng)了約9.8%，說明諸葛菜花粉的吸濕增長(zhǎng)特性比山茶花粉略弱.

耬斗菜花粉〔見圖3(c)〕：當(dāng)RH=10%時(shí)，花粉顆粒吸濕增長(zhǎng)緩慢，30%時(shí)開始吸濕增長(zhǎng)，75%時(shí)粒徑明顯增加，＞80%時(shí)吸濕增長(zhǎng)加快. GF從RH=80%時(shí)的1.07迅速增至RH=95%時(shí)的1.11，耬斗菜花粉的粒徑在RH接近飽和(95%)時(shí)較RH=5%時(shí)增長(zhǎng)了約10.9%，說明耬斗菜花粉顆粒物的吸濕性與山茶花花粉顆粒相近.

錦帶花花粉〔見圖3(d)〕：RH＜20%時(shí)，花粉粒徑迅速增長(zhǎng)，GF從RH=5%時(shí)的1.00增至RH=20%時(shí)的1.06. RH＞20%時(shí)，花粉顆粒吸濕增長(zhǎng)放緩，GF從RH=20%時(shí)的1.06增至RH=80%的1.09. RH＞80%時(shí)，花粉顆粒粒徑增長(zhǎng)再次加快，GF從RH=80%時(shí)的1.09迅速增至RH=95%時(shí)的1.14，錦帶花花粉的粒徑在RH接近飽和(95%)時(shí)較RH=5%時(shí)增長(zhǎng)了約13.7%. 此外，當(dāng)錦帶花花粉顆粒在高濕條件下顆粒物表面凹下去的部分〔見圖2(d)〕會(huì)再次鼓起，并形成接近圓形的顆粒，這部分形變也包含在錦帶花顆粒的吸濕增長(zhǎng)過程中. 因此，錦帶花花粉顆粒的吸濕增長(zhǎng)既包括顆粒表面的吸濕變化，也包括顆粒整體結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化.

圖3 20 ℃下不同花粉顆粒的吸濕性曲線Fig.3 Hygroscopic growth of individual pollen particles at 20 ℃

三色堇花粉〔見圖3(e)〕：5%＜RH＜80%時(shí)，花粉顆粒吸濕增長(zhǎng)緩慢，GF增加了10%；RH＞80%時(shí)，花粉顆粒粒徑明顯增加；RH=95%時(shí)，GF迅速增至1.16. RH由80%增至95%時(shí)，GF迅速增加了5%，RH=95%時(shí)三色堇花粉的粒徑較RH=5%時(shí)增長(zhǎng)了約16.2%. 三色堇花粉顆粒的吸濕增長(zhǎng)特性明顯高于諸葛菜花粉和山茶花花粉.

20 ℃條件下RH從5%升至95%時(shí)三色堇花粉顆粒的吸濕增長(zhǎng)過程見圖4. 低濕度時(shí)花粉顆粒吸濕增長(zhǎng)緩慢，形變不明顯，直到高濕度時(shí)（RH＞80%）出現(xiàn)明顯吸濕增長(zhǎng)和形變.

圖4 光學(xué)顯微鏡下三色堇花粉吸濕過程Fig.4 Optical images of hygroscopic growth of Viola tricolor pollens

該研究發(fā)現(xiàn)，RH由5%增至20%過程中，山茶花、耬斗菜和三色堇花粉顆粒吸濕增長(zhǎng)緩慢，諸葛菜和錦帶花花粉顆粒表現(xiàn)出明顯的吸濕增長(zhǎng). 隨著相對(duì)濕度增加，花粉顆粒的粒徑也逐漸增加，內(nèi)部吸水膨脹，未觀察到花粉顆粒外部潤(rùn)濕. RH＞80%時(shí)花粉顆粒粒徑明顯增加，觀察到花粉顆粒表面潤(rùn)濕，花粉顆粒表面逐漸吸水膨脹，形變明顯. 花粉顆粒在萌發(fā)孔處最先被觀察到潤(rùn)濕，由此可見花粉萌發(fā)孔處先出現(xiàn)吸水現(xiàn)象，導(dǎo)致花粉顆粒整體吸水膨脹. 山茶花、諸葛菜、耬斗菜和錦帶花的花粉顆粒均具有3條萌發(fā)孔，RH=90%時(shí)，呈長(zhǎng)球形和橢球形花粉顆粒的吸濕增長(zhǎng)因子(GF)相似，山茶花、諸葛菜和耬斗菜花粉顆粒的GF分別為1.09、1.09和1.08. 不規(guī)則球形花粉顆粒的GF相對(duì)較大，為1.13，而三色堇花粉顆粒呈長(zhǎng)柱形，具有4條萌發(fā)孔，GF較大，為1.14.RH=95%時(shí)，形貌特征和萌發(fā)孔數(shù)量對(duì)花粉顆粒GF的影響更加明顯，山茶花、諸葛菜和耬斗菜花粉顆粒的GF均約為1.10，錦帶花約為1.14，三色堇約為1.16. 這說明花粉形貌特征和花粉顆粒萌發(fā)孔數(shù)量會(huì)影響花粉顆粒吸濕性，花粉顆粒越近球形或者花粉顆粒的萌發(fā)孔數(shù)量越多，其吸濕性越好.

2.3 花粉顆粒的吸濕性增長(zhǎng)機(jī)制探討及應(yīng)用

該研究中，RH=90%時(shí)，5種花粉氣溶膠顆粒的吸濕增長(zhǎng)因子(GF)主要集中在1.08～1.14范圍，這與其他生物氣溶膠吸濕性研究結(jié)果[35]相似. 例如：Madelin等[36]利用空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀測(cè)定白色鏈霉菌和綠色糖單胞菌在RH=95%時(shí)的GF分別為1.09和1.30；Johnson等[37]研究發(fā)現(xiàn)，丁香假單胞菌和枯草芽孢桿菌兩種細(xì)菌在RH=90%時(shí)的GF分別約為1.15和1.22，影響細(xì)菌氣溶膠吸濕性的不僅是細(xì)菌種類，還包括氣溶膠表面性質(zhì). Reponen等[38]測(cè)量了多種真菌孢子的吸濕性，發(fā)現(xiàn)大部分真菌氣溶膠粒徑有明顯變化，GF范圍為1.04～1.16. 因此，不同生物氣溶膠的吸濕性差異可能與其化學(xué)成分與微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[39]. 已有研究表明較高OH基團(tuán)含量的花粉具有較高的吸濕性[27]，但確切原因尚不明確.

Chen等[26]使用蒸氣吸附分析儀測(cè)定在25和37 ℃條件下花粉樣品的吸濕性能，研究發(fā)現(xiàn)，花粉均具有一定吸濕性，濕度升高時(shí)花粉質(zhì)量顯著增加，溫度對(duì)花粉吸濕性影響很小，在25 °C、RH=90%以及37 °C、RH=90%兩個(gè)條件下，11個(gè)花粉樣品質(zhì)量(相對(duì)于RH≤1%時(shí)的樣品質(zhì)量)分別被歸一化 后為(1.325±0.004)～(1.433±0.015)和(1.296±0.002)～(1.389±0.014). 郭 利亞[40]使用吸濕性串聯(lián)差分電遷移率分析儀(HTDMA)、蒸汽吸附分析儀(VSA)和云凝結(jié)核計(jì)數(shù)器(CCNc)等儀器開展系統(tǒng)研究，得到RH=90%、環(huán)境溫度為(298±1) K時(shí)礦塵氣溶膠(包括鈣鹽、鎂鹽和甲磺酸鹽氣溶膠在內(nèi))的吸濕增長(zhǎng)因子為1.26～1.79，海鹽氣溶膠約為2.3. 由此可見，筆者所得5種花粉的吸濕增長(zhǎng)因子遠(yuǎn)低于大氣中無機(jī)鹽顆粒的吸濕增長(zhǎng)因子.

該研究中花粉顆粒的吸濕增長(zhǎng)過程與其他研究結(jié)果相似. 例如，甘啟航等[41]利用相對(duì)濕度、能見度等氣象要素計(jì)算出氣溶膠吸濕增長(zhǎng)因子，并將其與相對(duì)濕度進(jìn)行非線性擬合，發(fā)現(xiàn)氣溶膠的吸濕增長(zhǎng)因子在低濕度(＜80%)下平緩增加，高濕度(＞80%)下快速增加. 這說明花粉的吸濕性與其他生物氣溶膠的吸濕性相似，均具有較弱的吸濕增長(zhǎng)特性. 考慮到花粉顆粒的吸濕性差異可能與其化學(xué)組分和形貌特征有關(guān)，可以推測(cè)粒徑較大的花粉顆粒由于其吸濕特性更容易粘附在上呼吸道，對(duì)人體健康產(chǎn)生影響[22,42].

3 結(jié)論

a) 電子顯微鏡觀察結(jié)果顯示，山茶花和諸葛菜花粉顆粒呈長(zhǎng)球形，有3個(gè)萌發(fā)孔；耬斗菜花粉顆粒呈橢球形，有3個(gè)萌發(fā)孔；錦帶花花粉顆粒呈不規(guī)則球形，3個(gè)萌發(fā)孔分布在對(duì)稱的3個(gè)部位；三色堇花粉顆粒呈長(zhǎng)柱形，具有4個(gè)萌發(fā)孔. 不同花粉顆粒的表面紋飾不一，山茶花花粉為皺波狀，諸葛菜花粉為網(wǎng)狀紋飾，耬斗菜花粉為刺狀紋飾，錦帶花花粉表面具有突起，三色堇花粉表面平整.

b) 諸葛菜和錦帶花的花粉顆粒在相對(duì)濕度低于20%時(shí)表現(xiàn)出明顯的吸濕增長(zhǎng)，其他3種花粉在相對(duì)濕度較低時(shí)吸濕增長(zhǎng)緩慢. 隨著相對(duì)濕度逐漸升高，花粉顆粒內(nèi)部不斷膨脹，但是沒有明顯的外部潤(rùn)濕，在相對(duì)濕度高于80%時(shí)吸濕增長(zhǎng)因子迅速增加，花粉顆粒出現(xiàn)明顯形變，觀察到花粉表面潤(rùn)濕，水吸收最初在萌發(fā)孔處被觀察到，然后吞沒整個(gè)花粉顆粒.

c) 相對(duì)濕度從5%升至95%過程中，花粉顆粒吸濕增長(zhǎng)過程與有機(jī)氣溶膠類似，呈現(xiàn)連續(xù)吸濕增長(zhǎng)，在相對(duì)濕度為90%時(shí)，山茶花、諸葛菜、耬斗菜、錦帶花和三色堇花粉顆粒的吸濕增長(zhǎng)因子分別為1.09、1.09、1.08、1.13和1.14. 花粉種類、花粉萌發(fā)孔數(shù)目和花粉表面結(jié)構(gòu)是影響花粉吸濕性的因素，花粉萌發(fā)孔的數(shù)目越多，其吸濕性能越好.