大气PM2.5中微生物的群落特征及其变化规律的研究

The microbiological composition of PM 2.5 is essential to human health, which has become the hotpot of the research field of atmospheric sciences. It leads to inadequate understanding of PM 2.5 and its effect on health. To this end, the comprehensive investigations by the technology of microbiology and molecular biology on the microbiological composition of PM 2.5 in different functional areas of some representative cities such as Beijing, Wuhan and Guangzhou were conducted in detail. The following studies are included in this project: 1) to determine the microbiological composition of PM 2.5 as well as its season-dependent evolution using the high-throughput 16s rRNA gene sequencing technique, 2) to identify the percentage of Streptococcus and the changing tendency, 3) to illustrate the alteration of microbiological composition of PM 2.5 in atmospheric haze conditions. Aiming at breaking through the bottleneck in microbiological composition studies, we hope bring forward the new idea of using high-throughput sequencing technique to identify the nonculturable microbe in PM2.5. The results of this study will provide basic data for atmospheric microbiology and also the theory evidences for government administrations to set down environment-protection policies.

PM2.5中微生物与人类健康密切相关，其群落组成特征的研究是大气科学研究领域的热点。本项目采用大气科学、分子生物学等学科交叉的技术手段，针对我国典型大城市群北京、武汉和广州三个城市的交通枢纽区和商业区PM2.5中的微生物，开展下列研究工作：1）运用16s rRNA基因扩增和高通量测序分析方法，测定PM2.5中微生物群落组成特征，获得其随季节、地域、功能区的变化规律；2）以大气中含有对人体有害的肺炎链球菌所在的属-链球菌属为例，确定其百分比含量并分析其变化趋势；3）探索特殊的天气情况下霾污染时期PM2.5中微生物群落的分布特征和与正常天气的不同。本项目提出用分子生物学16s rRNA基因扩增和高通量测序方法，重点实现不可培养微生物种类的鉴定。本项目的成功实施可以为我国大型城市群区域大气中有害微生物的污染控制提供一定的理论依据。

细颗粒物 PM2.5中包含着一部分细菌气溶胶，由于PM2.5粒径小，流动性强，其中的细菌气溶胶对公众健康具有潜在的危害。.本研究针对国家对大气污染防治的重大需求，以PM2.5中细菌群落作为突破口，结合环境、分子生物学、生物信息学、气象学、生态学的多学科交叉优势，结合地方环境及气候特点设计实验。基于16S rDNA基因测序法分析不同风向来源及雨季时的样品，探究PM2.5中细菌群落结构及其变化规律，挖掘造成细菌群落变化的影响因子和细菌群落中的潜在致病菌。.主要内容和结论如下：.1.探究了不同风向来源PM2.5中细菌群落结构差异及引起细菌群落结构变化的影响因子.PM2.5中细菌群落中变形菌门占据主导地位，其他的优势菌门还有拟杆菌门、放线菌门、蓝细菌门、酸杆菌门等。LEfSe分析（Linear Discriminant Analysis Effect Size）表明随风向来源不同优势菌种的丰度存在差异，海洋风向来源时蓝细菌门和α变形菌纲等丰度会上升，内陆风向来源时，与淡水浮游菌相关的簇会上升。.通过冗余分析(redundancy analysis,RDA)和皮尔森相关性分析对PM2.5细菌群落结构的影响因子进行了探究，发现了风向来源是引起PM2.5中细菌群落结构变化的主导因素，蒸发量、风速也会对PM2.5中细菌群落的结构差异造成较大影响。而PM2.5的浓度对细菌群落结构的影响是其与风向来源显著相关性引起的（p ＜0.01）。.2.探究了雨季时PM2.5中细菌群落结构差异及潜在的人类致病菌.下雨时， PM2.5中细菌群落优势门类为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、拟杆菌门、疣微菌门，其中变形菌门所占的丰度最大。与无雨同风向PM2.5中（NR组）细菌群落结构相比存在较大的变化，下雨时（R组）的标志性微生物中出现较多本地生态系统相关的菌群，如酸杆菌门、伯克氏菌目等，相比同样海洋风向来源的NR组，海洋来源标志性菌类如蓝细菌门及α变形菌纲的相对丰度减少。.通过对样品中存在的人类潜在致病菌进行了评估，总共发现了七种潜在人类致病菌种、其中绿脓杆菌、致病性大肠杆菌和溃疡分枝杆菌的丰度较高。并且下雨时，PM2.5中有较高的潜在人类致病菌的丰度。