基于高通量測序的南方典型旅游城市空氣細(xì)菌群落特征研究.pdf

1、空氣質(zhì)量與人類健康密切相關(guān)，空氣中的微生物尤其是致病菌能夠引起人們過敏、哮喘以及呼吸道傳染病的發(fā)生。近年來，我國大范圍內(nèi)霧霾的發(fā)生頻率越來越高，空氣生物性污染的研究得到了高度的重視和廣泛的關(guān)注，全面掌握空氣中微生物群落特征及時空變化規(guī)律對城市系統(tǒng)的維護及人群健康的保持具有密切聯(lián)系，同時空氣微生物變化特征與城市空氣污染及環(huán)境改善息息相關(guān)。本研究以南方典型旅游城市杭州為例，(1)利用FA-Ⅰ型生物粒子取樣器進行空氣微生物取樣，研究了杭州市4

2、個不同功能區(qū):交通干線(TJCR)、商業(yè)街(YRBS)、高教園區(qū)(ZJGSUJC)和公園綠地(BLQG)空氣細(xì)菌和真菌濃度及粒徑分布特征;研究了西湖風(fēng)景區(qū)4個不同景點:柳浪聞鶯(OSW)、斷橋殘雪(MSBB)、三潭印月(TPMM)和寶石流霞(PSHFRC)空氣細(xì)菌和真菌濃度及粒徑分布特征;研究了不同高度空氣細(xì)菌和真菌濃度及粒徑分布特征;研究了空氣細(xì)菌和真菌濃度與污染因子之間的關(guān)系;(2)利用Corioliusμ液體取樣器對空氣微生物進行

3、取樣，研究了杭州市不同功能區(qū)及西湖景區(qū)不同景點空氣細(xì)菌群落時空變化特征;研究了天氣特征對空氣細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響;研究了不同高度對空氣細(xì)菌群落特征的影響;研究了杭州市極端高溫前后空氣細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化特征。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)杭州市空氣細(xì)菌和真菌濃度時空變化差異顯著，空氣細(xì)菌和真菌濃度均值分別為313 CFU/m3和848 CFU/m3，其占比分別為27.8％和72.2％?？諝饧?xì)菌濃度YRBS最高為507 CFU/m3，B

4、LQG最低為197 CFU/m3?？諝庹婢鷿舛萙JGSUJC最高為1176 CFU/m3，TJCR最低為557 CFU/m3。杭州市空氣細(xì)菌粒徑呈偏態(tài)分布，從第Ⅰ～Ⅵ級菌落百分比逐漸減小;空氣真菌粒徑呈對數(shù)正態(tài)分布，主要集中分布在第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級。
　　杭州市空氣細(xì)菌群落特征隨時空變化差異顯著，4個樣點不同季節(jié)空氣細(xì)菌門水平優(yōu)勢菌群均為Proteobacteria、Firmicutes、Bacteroidetes、Cyanobact

5、eria、Actinobacteria，但菌群相對百分含量差異顯著。不同樣點空氣細(xì)菌群落特征在屬水平呈顯著性差異，秋季BLQG、TJCR、YRBS和ZJGSUJC優(yōu)勢菌群分別為Cystobacter(9.64％)、GpⅠ(7.32％)、Deinococcus(7.41％)、GpⅠ(10.67％);冬季4個樣點優(yōu)勢菌群分別為Deinococcus在BLQG(6.2％)和TJCR(8.97％)中含量最多，而YRBS和ZJGSUJC中GpⅠ含

6、量最多，分別為8.35％和6.19％;春季BLQG的優(yōu)勢菌群為Streptophyta(19.24％)，TJCR的優(yōu)勢菌群為Streptophyta(31.07％)，YRBS的優(yōu)勢菌群為Buchnera(29.63％)，ZJGSUJC的優(yōu)勢菌群為Streptophyta(17.61％)。通過α多樣性指數(shù)的分析，秋季YRBS空氣細(xì)菌豐度相對較高均勻度較低，冬季BLQG空氣細(xì)菌豐度相對較低均勻度較高。
　　(2)西湖風(fēng)景區(qū)4個景點空氣

7、微生物濃度差異顯著?？諝饧?xì)菌濃度MSBB最高為961 CFU/m3，OSW濃度最低為193 CFU/m3，空氣真菌濃度MSBB濃度最高為668 CFU/m3，PSHFRC濃度最低為193CFU/m3，不同樣點夏季空氣細(xì)菌和真菌濃度顯著高于冬季。各樣點空氣細(xì)菌和真菌粒徑分布特征差異顯著，不同樣點空氣細(xì)菌粒子在第Ⅰ級中百分比較高，空氣真菌粒子在Ⅲ和Ⅳ級中濃度百分比較高。
　　西湖景區(qū)4個景點空氣細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異顯著，共鑒定出33門95

8、4屬空氣細(xì)菌，門水平上各景點空氣細(xì)菌相對含量最多的是Proteobacteria, Actinobacteria,Firmicutes, Bacteroidetes和Cyanobacteria;屬水平上各景點的優(yōu)勢菌群各不相同，MSBB、TPMM、OSW和PSHFRC相對含量較高的菌屬分別是Massilia(6.22％)、Janibacter(6.45％)、Sphingomonas(6.05％)和Methylobacterium(11.

9、5％)。MSBB、TPMM、OSW和PSHFRC的OTU數(shù)量分別為5075、4261、3771和4688;通過α多樣性指數(shù)的分析，PSHFRC的空氣細(xì)菌豐富度較低均勻度較高，而MSBB空氣細(xì)菌豐富度較高均勻度較低。
　　(3)不同高度空氣微生物濃度差異顯著，空氣細(xì)菌和真菌濃度隨著取樣高度的增加而逐漸減小;不同高度空氣細(xì)菌粒徑呈偏態(tài)分布，從取樣器Ⅰ～Ⅵ級菌落百分比逐漸減小，空氣真菌粒徑呈對數(shù)正態(tài)分布，菌落主要集中在第Ⅲ、Ⅳ級。

10、>　　不同高度共鑒定17門296屬空氣細(xì)菌，門水平上不同高度優(yōu)勢菌群均為Proteobacteria;屬水平上不同菌群隨高度變化規(guī)律不同，菌群GpⅠ相對含量隨著高度增加而增多，而Clostridium隨高度增加相對含量減少。低層L、中層M和高層H的OTU數(shù)量分別為3358、2894和2143;通過α多樣性指數(shù)的分析，高層空氣細(xì)菌豐度相對較低均勻度較高，而低層L空氣細(xì)菌豐度相對較高但均勻度較低。
　　(4)不同天氣特征共鑒定出22門

11、588屬空氣細(xì)菌，并且差異顯著。門水平上，晴天相對含量最多的菌群是Firmicutes(46.56％)，而其它天氣優(yōu)勢菌群為Proteobacteria，其中陰天、雨天和霧霾天分別占35.44％、41.45％、38.44％;屬水平上，晴天、陰天、雨天和霧霾天的優(yōu)勢菌群分別是Lactobacillus(18.13％)、Mucilaginibacter(5.2％)、Streptococcus(8.11％)和GpⅠ(6.59％)。晴天、陰天、

12、雨天和霧霾天空氣細(xì)菌OTU數(shù)量分別為1575、1745、1483和2185;通過α多樣性指數(shù)的分析，霧霾天氣空氣細(xì)菌豐度度相對較高均勻度較低。
　　(5)空氣細(xì)菌和真菌濃度與污染因子之間關(guān)系顯著?？諝饧?xì)菌和真菌濃度與空氣質(zhì)量指數(shù)、O3濃度和PM10濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，空氣細(xì)菌濃度與NO2濃度和PM2.5濃度呈顯著正相關(guān);空氣真菌濃度與NO2濃度、CO濃度和PM2.5濃度呈顯著正相關(guān)。
　　杭州市4個功能區(qū)在極端高溫天氣前后空氣

13、細(xì)菌16SrDNA基因拷貝數(shù)差異顯著。高溫之前YRBS、BLQG、ZJGSUJC和TJCR的基因拷貝數(shù)分別約為9.50103個/m3、3.98103個/m3、1.17104個/m3和6.46104個/m3;高溫之后16S rDNA基因拷貝數(shù)分別約為4.38102個/m3、0.31102個/m3、1.54103個/m3、和1.30103個/m3，降低幅度分別約為95％、99％、87％和80％。極端高溫前后，杭州市4個不同功能區(qū)菌群結(jié)構(gòu)差異

14、顯著，高溫之前的優(yōu)勢菌群為Caulobacterales(17.9％)、放線菌(17.7％)、伯克氏菌目(10.9％)、根瘤菌目(8.9％)、Sphingomonadales(7.7％)和Rhodocyclales(6.9％);高溫之后的優(yōu)勢菌群是Rhodocyclales(29.9％)、伯克氏菌目(19.9％)、放線菌(13.9％)、Bacillales(7.6％)。經(jīng)歷極端高溫天氣之后，菌群伯克氏菌目、Rhodocyclales和B