我国北方大气微生物分布特征及其影响研究

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大气微生物的环境和健康效应是当前的研究热点,定量评估上述效应需要准确了解大气微生物的分布特征。已有研究主要关注大气微生物的季节变化以及污染事件发生前后微生物浓度和群落结构特征的变化,大气微生物分布特征的系统性研究仍然有限,虽然国内多个城市都展开过大气微生物观测实验,但由于观测和分析方法的不统一,已有研究结果不适合直接比较。本研究在内蒙古自治区、青海省、新疆维吾尔自治区三省(区)地面以及甘肃省敦煌市高空进行了大气微生物采样,利用DAPI染色法分析了大气微生物数浓度分布特征,基于16S r DNA扩增子测序探讨了大气细菌群落分布特征,并结合采样点的NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,归一化植被指数)和采样时间内的气象因素(温度、相对湿度以及常见污染物)讨论了这些因素对大气微生物分布特征的影响,主要结论如下:(1)我国北方不同地区大气微生物数浓度约10~5~10~6个/m~3,微生物数量在颗粒物总数量中的占比约1.5%~12.5%。微生物数浓度分布依次是内蒙古中部>内蒙古东部>青海湖周边>塔克拉玛干沙漠西部>敦煌高空;微生物占比分别是内蒙古东部>内蒙古中部>青海湖周边>塔克拉玛干沙漠西部>敦煌高空,相对湿润地区(内蒙古地区和青海湖周边)地面大气微生物数浓度和占比更高。(2)Pearson相关性分析结果显示地面和高空大气微生物数浓度与有机物、矿物颗粒数浓度呈正相关;除塔克拉玛干沙漠西部,地面大气中微生物数量在颗粒物总数量中的占比与矿物颗粒的占比呈负相关,但高空大气中两者呈正相关。(3)变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是大气中普遍存在的优势细菌门;γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、芽孢杆菌纲(Bacilli)和拟杆菌纲(Bacteroidia)是大气中优势细菌纲,与高空大气相比,地面大气中优势细菌门(纲)种类更丰富。Wilcoxon秩和检验结果表明厚壁菌门和芽孢杆菌纲在地面不同区域大气细菌群落中的相对丰度无显著差异;盐杆菌纲(Halobacteria)在民丰、塔中地区夜间大气中的相对丰度显著高于白天。(4)比较不同地区大气细菌群落多样性指数(Shannon、Simpson和Chao1指数)发现沙漠地区(民丰地区、塔中地区、塔克拉玛干沙漠西部)细菌群落多样性高于相对湿润区(内蒙古东部和青海湖周边);沙漠边缘(民丰地区)细菌群落多样性显著高于沙漠腹地(塔中地区)。(5)研究发现地面大气微生物数浓度与相对湿度呈正相关,微生物数量在颗粒物总数量中的占比与NDVI、相对湿度呈正相关;地面和高空大气微生物数浓度与温度均呈负相关;微生物占比与温度均呈负相关;随着NDVI增大,地面大气细菌群落多样性呈下降趋势;高空大气细菌群落的Simpson、Shannon指数随温度升高而增大。
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