大气降水中生物气溶胶的特征研究

本研究拟以北京市区和华北山区中国科学院大气本底观测网兴隆观测站作为主要外场定点观测点，以不同季节的降水样品中的生物气溶胶（细菌、真菌和花粉）为主要研究对象，采用以分子生物学技术为主的非培养方法以及经典的培养方法，探索研究大气中生物气溶胶和大气生物冰核的分布与变化特征。尝试建立起一套有关大气生物气溶胶粒子在大气环境中的分布特征及其在大气冰核核化与降水过程中的作用，以及之相关研究的有效的实验观测和室内模拟的研究方法。

生物气溶胶尤其是生物冰核在气候变化以及区域降水的形成与分布过程中的作用已成为当前的焦点科学问题。本研究以我国不同的生态环境类型（草原、森林、农田、城市）的大气降水中生物气溶胶（微生物）的种类多样性和分布特征为切入点，以分子生物学为主要研究方法，揭示生物气溶胶在大气降水中的分布特征，同时利用液滴冷台实验技术检测降水样品的冰核活性，以期发现生物冰核在我国大气降水中的分布特点从而揭示生物气溶胶在大气降水过程中的作用影响。我们的研究结果发现：.①中国大气降水中的细菌与真菌的群落结构组成均具有很高的生物多样性。运用Illumina Miseq高通量测序检测技术，在城市降水样品中发现了不包括未分类细菌在内的14个门，165个科，322个属的细菌；城市大气雪水中的生物气溶胶的生物多样性远大于雨水样品中的。而森林雨水样品中生物气溶胶的生物多样性明显小于城市雨水中的。.②中国大气降水中细菌优势菌群为变形菌门（Proteobacteria），α变形菌纲,β变形菌纲和γ变形菌纲为优势菌亚群，而真菌的优势菌群是子囊菌门；.③不同生态环境降水样品中，细菌群落结构的组成及多样性差异性显著，存在明显的季节性变化特点；.④中国大气降水中尽管发现了国际公认的高效冰核生物菌种Pseudomonas syringae类细菌和Fusarium冰核真菌，并未检测到另外两个含冰核细菌的菌属Erwinia和Xanthomonas菌。.⑤冰核细菌和真菌在被检测样品中丰度都非常低，而进化树比对结果显示其中部分Pseudomonas代表序列并非是有冰核活性的Pseudomonas syringae类细菌，其冰核活性较低，生物冰核我国广大地区的降水过程中的作用较小。.⑥本研究发现：在自然界中可能还存在我们目前尚未认知的<220nm的高效冰核。.我们的研究结果不仅有助于进一步推进对于大气核化机制以及云与降水的微物理过程这一当代重要的大气科学问题的认知，同时也有助于准确评价生物气溶胶在区域大气降水形成与分布过程中的作用。