点击显示 收起
【摘要】 目的 研究广州市普通住宅小区室内外微生物气溶胶细菌谱与粒径分布的特征。 方法 选择灰霾天气期间，采用分粒径采样对广州市普通住宅小区室内外细菌气溶胶进行连续的种类、粒径、数量检测。 结果 室内空气中共出现8属18种空气细菌，其中革兰阳性菌4属11种，革兰阴性菌4属7种，革兰阳性菌占79.5%，室外空气中共出现8属15种空气细菌，其中革兰阳性菌4属9种，革兰阴性菌4属6种，革兰阳性菌占82.4%。室内外优势细菌依次为藤黄微球菌(M.luteus)、表皮葡萄球菌（S.epidermidis）、芳香产碱杆菌（A.Odoratum）。室内外空气细菌气溶胶粒径分布基本一致，呈偏态分布，其中69.8%～72.9%的细菌气溶胶颗粒沉降在3～6级。室内外气溶胶中同种细菌粒径分布并非一致，说明细菌形成气溶胶后粒径发生变化，可能与形成气溶胶的成分有关。 结论 室内空气细菌总数虽然低于国家标准，但其中约70%的细菌沉降于人体下呼吸道，空气质量不容乐观。
【关键词】 住宅小区；细菌气溶胶；粒径；室内；室外
空气细菌是生物气溶胶的一个重要组成部分，在大气中扩散、传播会引发人类的急慢性疾病以及动植物疾病［1～3］，同时影响大气冰核和云凝结核，而间接影响全球气候变化，成为当今国际研究的热点。细菌在空气中以气溶胶的形式存在，单个细菌直径一般在0.3～10μm之间，与其它气溶胶成分结合组成细菌气溶胶，粒径范围0.3～100μm［4］；细菌气溶胶致病不仅与数量、种类有关，而且与其粒径大小有关。研究表明：粒径大于10μm的粒子一般被阻留在鼻腔内，5～10μm的粒子可到达支气管，5μm以下的可进入细支气管和肺泡。气溶胶粒子越小，进入的部位就越深［5］。其中能引起人体致病的细菌包括致病菌、条件致病菌。随着人类生活环境的恶化，部分正常菌群变异成条件致病菌，在人体抵抗力下降时导致疾病，从而发现引起人类呼吸道疾病的细菌谱范围越来越广。
广州作为呼吸道疾病的高发区，呼吸道传染性疾病呈上升趋势，但作为传播呼吸道疾病的介质—细菌气溶胶，其分布特性目前缺乏系统的调查研究。本研究于2005年10月19～28日，灰霾天气期间，在广州市东部城区高速路旁一中型普通住宅小区的10户住户作为研究对象，连续观测数据，分析大气中细菌气溶胶的总数、粒径分布特征，以便了解广州市普通住宅室内外空气质量状况与人体呼吸道疾病发生的关系，有助于了解城市大气污染的变化规律，可为制定有效的环境空气质量预报系统提供合理的参数。
1 材料与方法
1.1 采样仪器和试剂 空气微生物采样器 FA- 1型撞击式空气微生物采样器（辽阳市应用技术研究所）：模拟人类呼吸道的解剖结构和空气动力学生理特性，采用惯性撞击原理设计制造，由6级带有微孔的金属撞击筛盘组成，盘下放置盛有采样介质的平皿。第1～2级类似于人的上呼吸道捕获大颗粒，第3～6级类似于人的下呼吸道捕获小颗粒，模拟了这些粒子在呼吸道的穿透作用和沉着部位。每一级的筛盘上都均匀分布有400个尺寸精确的圆形喷孔，各筛盘上的圆形喷孔孔径、捕获粒子大小范围见表1。
表1 FA- 1型采样器各级的孔径和捕获粒子范围（略）
Table 1 FA-1 sampler’s pore diameter and the particle range to be collectedLevelPore diameter/mm
试剂：直径9cm的血平板（广州市容至科技器材有限公司）;革兰氏染色箱、草酸盐结晶紫染液、改良卢戈氏碘液、脱色剂、沙黄染液（法国biomerieux公司）；API 20E试剂盒、API 20NE试剂盒、API Staph试剂盒、API Coryne试剂盒、API Strep试剂盒、API 50CH试剂盒、TDA、IND、VP1、VP2、NIT1、NIT2、OX、JAMES、ZYMA、ZYMB、NIN、PYZ、矿物油、悬浮液、3%H2O2、触酶试验试剂、氧化酶试剂、NaCl 0.85%悬浮液、Zn试剂（法国biomerieux公司）；PSI管（法国biomerieux公司）。
1.2 采样现场 选择广州东郊某住宅小区10户住户，在广园高速公路旁向北面内进200m，以家庭常住成员日常居住的房间作为监测点进行室内空气检测,在监测点外环境设立相应对照点进行检测，共计10个监测点做为本次调查对象。每栋楼楼层为10层，室内每层楼高约2.8～3m。此次采样的住户近两周未患呼吸道疾病。10户分布于1～9楼，面积为40～100m2，人口为2～4人/户。在2005年10月19～28日灰霾天气，每天采样一户，分别在10：00，3：00取样2次，每次3个重复。
1.3 方法 采用FA-1型撞击式空气微生物采样器，采集时按照标准流量28.3L·min-1,采用培养基平板,驱动时间10min,收集器置于客厅中央,放置高度1.5m，模拟人群呼吸带高度。共采集空气样品120份。采样后的平皿同时置于同一台恒温箱内 37℃倒置培养，24h后计数。计数用平皿经无菌试验合格后使用。
撞击法：FA-1型采样器菌落数计算公式：
P=×1000/Q×T
式中，P为空气菌落数（cfu·m-3）；N为所有平皿菌落数；T为采样时间（min）； Q为空气流量（28.3L·min-1）。
各级细菌粒子百分比：
P=100%×n/T
式中，P为各级带菌粒子百分比（%）；n为各级菌落数；T为6级总菌落数。
采用国际上通用的API微生物数码分类鉴定系统对采样品中的细菌进行单克隆培养后做分类鉴定，将每种细菌鉴定到细菌分类的基本单位“种”。
1.4 数据处理 根据检测结果数据分布特点和性质，选用spss13.0统计分析软件进行数据处理。
2 结果
2.1 室内外细菌气溶胶种类的分布及构成比 10户住户室内外采集空气样品普通培养后获得3 225菌株，微生物种类包括细菌、真菌。细菌种类分布及构成比见表2。发现8属18种细菌，革兰阳性菌（G+）4属11种，由条件致病菌和正常菌群缚成，分别为6种和5种；革兰阴性菌（G-）4属7种，均为条件致病菌；此次调查未发现致病菌；条件致病菌中除蜡状芽孢杆菌外均可能引起呼吸道的感染［6］。室内外空气中优势细菌一致，依次为藤黄微球菌、表皮葡萄球菌、芳香产碱杆菌，分别属于微球菌属、葡萄球菌属、产碱杆菌属。
表2 室内外微生物气溶胶种类的分布及构成比（略）
Table 2 Categories distribution and constituent ratios of microorganism aerosol indoors and outdoors
2.2 室内外微生物气溶胶粒级分布菌株及构成比
2.2.1 室内外细菌气溶胶粒子在各粒级上的分布 各级分布情况见图1:室内外细菌气溶胶粒径分布基本一致,呈偏态分布,气溶胶粒子在1～5粒级上分布较均匀。其中69.8%～72.9%的细菌气溶胶颗粒深降在3～6级,该段粒径类似于人体的下呼吸道。
2.2.2 室内外空气微生物气溶胶种类的构成比及主要分布粒径 表3所示，室内外革兰阳性菌中的条件致病菌主要分布在前4级,正常菌群主要分布在3～5级;革兰阴性菌均为条件致病菌,室内主要分布在3～5级,室外主要分布在前5级;室内外真菌主要分布在第4级。
2.2.3 室内外空气微生物气溶胶的种类组成和群落结构 表4所示:各种细菌在各粒径的分布,优势菌依次为藤黄微球菌、表皮葡萄球菌、芳香产碱杆菌，分别属于微球菌属、葡萄球菌属、产碱杆菌属。
图1 室内外细菌气溶胶的构成比（略）
Fig 1 Bacteria aerosol constitution ratio between indoor and outdoor
表3 室内外空气微生物构成比（略）
Table 3 Constituent ratics of microorganism aerosol indoors and outdoors
表4 室内外微生物气溶胶粒级分布菌株及构成比（略）
Table 4 Distribution of particle size and constituent ratios of microbacterial aerosol indoors and outdoors
2.2.4 典型优势菌形态与粒径分布关系分析 表4与图2～4所示：单个细菌大小基本相同，范围在0.5～2.0μm，但在空气中形成气溶胶后粒径分布不完全相同。表皮葡萄球菌气溶胶室外在各粒径中分布较均匀，室内分布集中在前三级；室内外藤黄微球菌气溶胶粒径分布基本一致，高峰出现在第5级；室内外芳香产碱杆菌气溶胶粒径分布基本一致，前四级较集中，高峰出现在第3级。室内1～6级细菌种类与室外1～6级细菌种类存在显著的相关关系，rs=0.482、0.495、0.544、0.617、0.529、0.552，P=0.000，P<05.001。
图2 室内外表皮葡萄球菌气溶胶粒径分布（略）
Fig 2 Distribution of S.epidermidis particle size indoors and outdoors
图3 室内外藤黄微球菌气溶胶粒径分布（略）
Fig 3 Distribution of M.luteuss particle size indoors and outdoors
图4 室内外芳香产碱杆菌气溶胶粒径分布（略）
Fig 4 Distribution of A.Odoratum particle size indoors and outeoors
3 讨论
对于人居环境中细菌谱的调查，以往已有较多的研究，瑞典、波兰西里西亚、阿拉伯联合酋长国不同城市空气中出现的细菌范围10～31属，革兰阳性菌较革兰阴性菌多，其中优势菌属为芽孢杆菌属、微球菌属、葡萄球菌属［7～12］。北京、上海、沈阳空气中出现9～30属细菌，优势细菌属为微球菌属、芽孢杆菌属、葡萄球属和假单胞菌属［13～15］。与本研究结果基本一致的是，不同地点空气细菌革兰阳性菌明显多于革兰阴性菌，其优势菌属基本相同：芽孢杆菌属、微球菌属、葡萄球菌属；但发现各地的革兰阴性菌中的优势菌属不完全相同，广州为产碱杆菌属。以往文献中细菌分类均为属，而本研究将细菌鉴定到细菌分类的 种，从而使细菌谱更为清晰、具体，有利于了解细菌气溶胶的时空分布规律。此次采集到细菌的种类为8属18种，表明各个地域存在的细菌谱范围不同，这可能受各地的不同气象、气候、季节、环境因素影响有关。
室内外各粒径中细菌种类存在显著的相关关系，室内细菌的种类、粒径分布受人类活动的影响交大；室外细菌的种类、粒径分布，除了受人类活动的影响外，还可来源于自然界中的土壤、水体和动植物，同时受风速、风向、空气温度、相对湿度［16］和污染因子的作用。
以往文献对人居环境中细菌谱的研究均采用自然沉降法，李冰等研究发现该法只能采集到>7.70μm微生物气溶胶，所测得的总菌数约占分粒径撞击法的18%，不能完全代表空气质量的整体情况，不能准确判断细菌气溶胶与呼吸道感染的关系［17］。本研究采用分粒径空气采样，该法对监测由气溶胶传播的细菌性呼吸道疾病更有意义。此次室外采样为各住户阳台，室内采样均在各住户彻底清扫后进行的，微生物总数可能会受之影响而降低。
细菌为单细胞的原核生物，大小为0.5～2.0μm,相当于分粒径采样法的5～6级.典型优势菌形态与粒径分布关系的研究表明,在空气中形成气溶胶后粒径分布不完全相同.表皮葡萄球菌气溶胶室外在各粒径中分布较均匀,室内分布集中在前三级,类似于人体的上呼吸道.该菌主要分布在人体表、口、鼻腔、咽喉部，排列呈葡萄串状。室内空气采样的结果符合该菌在人体中分布，这可能与室内该菌的气溶胶主要来源于人体有关；但该菌在室外受气象、气候、季节和多种物化条件的影响，与其它物质形成气溶胶后，粒径发生了变化。室内外气溶胶中同种细菌粒径分布并非一致，说明细菌形成气溶胶后粒径发生变化，可能以细菌大小、形态、来源、聚合状态以及气溶胶的成分有关。
本研究发现，典型优势菌形成气溶胶后，出现了不同的粒径分布谱。王歆华等研究广州市空气可吸入颗粒物PM2.5和PM10中的化学组成,包括有机碱(OC)和元素碳(EC)、水溶性离子（NH4+、SO42-、NO3-）、金属元素以及多环芳烃（PAHs）。PM2.5对PM10的贡献率为64%～76%［18］。当采样日的气象、气候环境是相同或相似的状况下，细菌以何种形态、与哪些理化物质聚合形成气溶胶？所形成气溶胶的粒径不同，直接影响沉降于人体呼吸道的部位，还值得进一步的研究。
【参考文献】
1］ HO J,DUNCAN S. Estimating aerosol hazards from an anthrax letter［J］.Journal of Aerosol Science, 2005,36:701～719.
［2］ Lee N,HUI D,WU A,et al.A major outbreak of severe acute respiratory syndrome in Hong Kong［J］.The New England Journal of Medicine, 2003,348:1986～1994.
［3］ 郁庆福.现代卫生微生物学［M］.北京：人民卫生出版社, 1995,365～402.
［4］ Agranovski V,Ristovski Z D.Real-time monitoring of viable bioaerosols:capability of the UVAPS to predict the amount of individual microorganisms in aerosol particles［J］.Journal of Aerosol Science, 2005,36:665～676.
［5］ Cai T J,Ma R H,Wolfgang Mueller, et al. Study on Microbiological Floras in Air of Supplying Materials Workshop in A Biological Refuse Treatment Plant［J］. Journal of Environment and Health, 2000,6:358～363.
［6］ 张卓然,倪语星.临床微生物学和微生物检验［M］.北京:人民卫生出版社,2004,74～76.
［7］ Bovallus A,Bucht B,Roffey R,et al. Three-year investigation of the natural airborne bacterial flora at four localities in Sweden［J］. Applied and Environmental Microbiology, 1978,35(5):847～852.
［8］ Jaffal A. Residential indoor airborne microbial populations in the United Arab Emirates［J］. Environment International,1997,23(4):529～533.
［9］ Pastuszka J,Paw U,Lis D, et al. Bacterial and fungal aerosol in indoor environment in Upper Silesia.Poland［J］. Atmospheric Environment,2000,34:3833～3842.
［10］ Lighthart B. The ecology of bacteria in the alfresco atmosphere［J］. FEMS Microbiol Ecol,1997,3:263～274.
［11］ Lighthart B, Shaffer B, Marthi B, et al. Artificial wind-gust liberation of microbial bioaerosol previously deposited on plants［J］. Aerobiology,1993,9:189～196.
［12］ Shaffer B, Lighthart B. Survey of culturable airborne bacteria at four diverse locations in Oregon urban,rural,forest and coastal［J］. Microbial Ecol,1997,34:167～177.
［13］ 方治国,欧阳志云,胡利锋,等.北京市夏季空气微生物群落结构和生态分布［J］.生态学报,2005,25(1):83～88.
［14］ 宋凌浩,宋伟民,旋玮.上海市空气细菌污染［J］.上海环境科学,1999,18(6):258～260.
［15］ 周大石，马汐平,刘玉晶,等.沈阳市空气微生物分布的研究［J］.环境保护科学,1994,20(1):10～14.
［16］ Ariyai P A, Amyot M. The role of bioaerosols in atmospheric chemistry and physics［J］. Atmospheric Environment,2004,38:1231～1232.
［17］ 陈新宇,李冰,毕新慧.细菌气溶胶粒径分布的方法学研究［J］.环境科学学报,2008,3(+):+～+.
［18］ Wang X H, et al. Hospital indoor PM10/PM2.5 and associated trace elements in Guangzhou,China［J］. Science of the total environment,2006,336(1):124～135.
作者单位：广州医学院病原生物学教研室，广东 广州 510182； 中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室,广东 广州 510640；广州医学院实验医学研究中心，广东 广州 510182.