1、空气中微生物的分布现状及防治措施研究学 院： 环境科学与工程学院指 导 教 师： 于皓 姓 名： 乔利敏 专业（班级）： 环境 11-2 班 学 号： 1129010211 空气中微生物的分布现状及防治措施研究辽宁工程技术大学环境 11-2 乔利敏摘要：随着社会的发展人类的进步，对于环境的污染和控制，已成为各国科学界、公众和立法的注意焦点之一。大气微生物污染是环境污染之一，大气微生物能够导致人类及动植物疾病的传播，导致工农业产品腐烂变质，尤其近年SARA、禽流感、超级细菌等疾病的流行和暴发，特别是近年来室内污染的加剧，威胁到人类的健康及经济发展 1。为保护和改善人类生存环境，内外不少学者对大气
2、微生物的污染进行了综合性研究。本文就国内外大气微生物特性来源、污染分布、研究进展及防治措施等进行综述。关键词：大气微生物；分布现状；污染特征；防治措施Abstract：With the social development of human progress, for the control of pollution and the environment, has become one of the focus of national attention to the scientific community, the public and the legislature. Airborne
3、 microbes pollution is one of environment pollution, airborne microbes can lead to the spread of diseases in humans and animals and plants, industrial and agricultural products cause rot, especially in recent years, SARA, avian flu and other diseases prevalent superbugs and outbreaks, especially in
4、recent years, indoor air pollution intensifies, threat to human health and economic development. To protect and improve the human environment, both inside and outside of microbial pollution of the atmosphere, many scholars conducted a comprehensive study. In this paper, the characteristics of microb
5、ial origin abroad atmospheric pollution distribution, research progress and control measures were reviewed.Keyword: airborne microbes; distribution of the status quo; Pollution Characteristics; Prevention0：引言随着社会的发展，大气环境问题备受关注。近年来，有关大气环境和污染监测技术得到很大的提高。然而，目前，在国内环保系统大气污染关注的焦点仍然是理化性质的污染，如，烟尘，粉尘，TSP， PM
6、10，SO 2，NOx，光化学烟雾等等，对与人类与生俱来的大气微生物问题关注却较少，有关知识不足，大气微生物的污染监测还没有起步。然而随着 SARS、H1N1 等疾病的大肆传播，迫使环境保护部门及其检测机构关注环境大气微生物污染。本文就大气微生物特性来源、污染分布、研究进展及防治措施等进行综述。1 大气微生物的特性来源大气中的微生物无所不在，大气微生物污染(at-mospheric microbial pollution)是大气中的微生物遇到适宜的生存条件就大量繁殖，造成其在一定的空间围内数量骤增，使位于该区域免疫低下的人和其他生物因接触、呼吸、吸食而感染，进而造成疾病大面积传播，对人们的生命
7、财产及区域生物多样性产生极大的威胁 24。1.1 大气微生物特性大气微生物污染与大气物理化学污染相似，都可在空气中传播较远的距离；也可通过土壤和水体传播。而不同于空气中的化学污染物质，不能生长和繁殖。如，SO 2 中的硫元素自身可以转变成其他成价态的硫，不生长或繁殖。空气中的微生物在强烈的阳光下很快就会失去活性或者死亡，在条件适宜时部分微生物又很快恢复活性，接触到它的有机体将会携带它，促使它生长、发育、繁殖。如果这个有机体是人或者其他动物,当自身的免疫系统降低时或者不足以控制微生物的数量时就会发病。此外，空气中的微生物还可能随着生存环境的变化,随时发生变异。空气中高浓度化学污染物质常常伴有刺激
8、性的气味，有的还有颜色，而大气中的微生物肉眼常常看不见，也没有刺激性的味道。大气物理化学污染严重，如，粉尘污染，可以为微生物提供载体，扩大其传播的范围，同时降低生活在其中人群和其他动植物的免疫力，提高发病率。1.2 大气微生物的来源及种类大气微生物是指大气中细菌、霉菌和放线菌等有生命的活体，主要来源于土壤、水体表面、动植物、人体以及生产活动、污水污物处理等。空气中的自然微生物主要是非病原性腐生菌。据 Wright 报道,各种球菌占 66%、芽孢菌占25%、还有霉菌、放线菌、病毒、蕨类孢子、花粉、微球藻类、原虫及少量厌氧芽孢菌。在病人集中的医院,空气中除了自然的微生物外，还有各种病原菌。细菌有结
9、核杆菌、肺炎双球菌和绿脓杆菌等约 160 种；真菌有球孢子菌、组织胞桨菌、隐球酵母、青霉和曲霉等约 600 多种、病毒有鼻病毒、腺病毒等约几百种,此外,还有支原体、衣原体等。由于受到各种环境因素的影响，不同地区空气中微生物的种类也不相同。在空气中微生物以革兰氏阳性菌为主，Shaffer 等对城市、乡村、森林、海岸空气的培养显示，革兰氏阳性菌占优势，芽孢杆菌是室外空气中最多的细菌属。大气中的微生物大多依附灰尘等溶胶粒子而构成微生物气溶胶。微生物气溶胶是悬浮于空气中的微生物所形成的胶体体系，其粒径谱范围很宽，约0.00210-3mm30.00010-3mm。与人类疾病有关的微生物气溶胶粒子的直径一
10、般为 4.00010-3mm20.00010-3mm；真菌则以单个孢子的形式存在于空气中。不同微生物气溶胶粒径大小不同：病毒 0.01510-3mm0.04510-3mm，细菌 0.30010-3mm15.00010-3mm，真菌 3.00010-3mm100.00010-3mm，藻类 0.50010-3mm，孢子 6.00010-3mm 60.00010-3mm，花粉1.00010-3mm100.00010-3mm。不同城市，同一城市的不同区域以及不同的人用不同方法测出的微生物气溶胶粒径各不相同，但对人体健康有害的病原微生物大部分粒径范围在 10.00010-3mm 以内，这也是环保部门加强
11、对大气环境污染物 PM10 监测的主要原因之一。溶胶的粒径主要在 0.25-30 m间变化。微生物气溶胶具有 6 大特性：来源的多相性、种类的多样性、活性的易变性、播散的三维性、沉积的再生性、感染的广泛性。微生物气溶胶的活性从它形成的瞬间开始就处于一直变化的状态。影响微生物气溶胶衰减和总量的因素很多，主要是气溶胶化前的悬浮机制以及各种环境因素。大气中的微生物数目、菌谱是评价环境空气质量及其危害人体健康程度的重要指标，影响空气微生物群落结构的主要因素有：大气温度、相对湿度、风速、光照等。2 大气微生物的污染现状2.1 研究历史及成果大气微生物的研究可追溯到 17 世纪，20 世纪以来，美国、法国
12、、英国、印度、瑞典、日本等国都展开了研究。1978 年在慕尼黑召开了第一届国际大气微生物学会，1982 年国际空气生物学协会、国际生物科学联合会等在美国华盛顿召开了第二届国际大气生物学会议。近年来，随着室内空气污染防治研究的进展，我国也对大气微生物进行了不同层面的研究。像北京、天津、兰州、沈阳和乌鲁木齐等地都有大气微生物污染的报道。国外对空气微生物的来源、类型、粒谱范围以及影响空气微生物群落变化的因素进行了较系统的研究。目前，中国对空气微生物的研究多为调查研究，即在一定时间内对某种场所进行空气微生物采样，了解微生物的浓度、种属等情况。这些场所包括室内的和室外的。室外的有：城市各功能区、湖泊、海
13、洋、校园、垃圾填埋场、以及不同的风景区等。室内则有：医院、各种文化娱乐场所、厂房、旅店、大型商场、图书馆、展览馆、列车车厢等。研究中采用的检测指标有：菌落总数、细菌总数、真菌总数，以及有针对性的病原菌、条件致病菌及微生物耐药情况等 57。2.2 污染现状城市大气微生物污染现状有许多报道,其中南京、重庆、上海、太原、常熟、齐齐哈尔、北海、西宁、青海湖、格尔木等城市大气中微生物都进行了综合分析研究。各城市由于地理位置、工业结构、人口容量、城市发展程度、城市生态结构等不同, 大气中微生物污染的程度也有所区别。通过对大气微生物鉴定发现不同生态环境下大气细菌区系不同。比如：重庆部分地区 64 个普查点的
14、大气中细菌进行采集鉴定发现 10 种菌，其中芽胞杆菌为优势种，占总株数的 51.2%，葡萄球菌次之；京津地区大气菌区调查表明，微球菌属为第 1 优势菌, ，葡萄球菌属次之，芽胞杆菌居第 3，所鉴定细菌主要是革兰氏阳性菌。2.3 分布特征影响大气细菌粒子浓度变化的因素，如大气温度、相对湿度、风速、日辐射强度从早晨- 中午- 晚上呈周期性变化 ,人类生产和生活的活动也有一定规律性。空气含菌量随温度升高、风速加大而增多；随日照时间、正午太阳高度角、相对湿度增大而减少 810。大气中微生物与人类活动、每天的不同时间、每年的不同季节以及气象状况都有密切的关系。有研究表明，人流量与空气微生物含量呈正相关，
15、车流量与空气微生物含量呈显著正相关；大气微生物含量与大气监测指标PM10、 SO2、NO 2 的分析结果有一定的相关性，与 PM10 呈明显的正相关。由于受人的活动和化学污染物的影响，各监测区大气中微生物含量也不同。对于齐齐哈尔、南京、上海等地，大气微生物的污染由重到轻的顺序为商业区、交通区、居民区、工业区、文化区、风景区、对照区 1113。病原微生物在颗粒中的存活，受颗粒中蛋白质等有机物的含量以及外界条件，如，环境温度、湿度等的影响。空气温度对空气微生物水平的影响取决于微生物的种类和取样环境，相对湿度能增加空气细菌和真菌的平均水平。根据用疫苗气溶胶在不同温度、湿度下实验结果，在低温(10 1
16、4)、低湿度(相对湿度 40%50%)组的微生物存活率较高；在中温(20 25)、中湿度(相对湿度 60%70%)组的微生物存活率次之；在高温(28 30)、高湿度(相对湿度 80%90%)组的微生物存活率更次之。温度升高存活率下降；这与空气传播的疾病在寒冷季节发病较多相符。3 大气微生物的研究进展3.1 取样方法大气微生物取样有两种常用的方法，自然沉降法和气流撞击法。自然沉降法以其采样简单易行、经济实用而被广泛应用。但有的研究表明这种采样方法不能准确反映一定容量空气中的微生物数，同时易受气流等环境因素的影响，检测结果的误差较大。气流撞击法能较准确地测知大气中微生的含量，一般认为撞击法能采集悬
17、浮在大气中的微生物的颗粒，并且不受环境气流的影响，采样量相对准确。然而，目前，还没有一种采样技术能保证微生物标本尽可能反映原始状态，又因空气微生物采样是由多方因素决定的，所以用多种采样器及多种分析方法进行联合测定比较科学。3.2 分离鉴定方法空气微生物的研究方法分为两大类：培养基方法和非培养基方法。培养基法是传统的空气微生物检测方法，将采集的微生物经过培养繁殖生长成菌落后计数，然后进行分离和纯化，通过检测鉴定，确定为何种微生物。鉴定方法主要有：核酸分子杂交、16SrRNA 序列分析、DNA 的 G+C 含量分析、质谱、色谱分析、以及免疫学方法与光学技术相结合的全自动分析方法。培养基法需要花费大
18、量的时间和劳动力，只能够检测活的能够在培养基上生长的微生物。环境中只有少部分微生物是可以培养的，通过培养基法只能检测到空气中的一小部分微生物。非培养基法，是在采样后不经过培养就进行计数、鉴定的方法。主要有光学显微镜、荧光显微镜、电子扫描显微镜和流通式血球计数等检验方法，以及 PCR 检测法。PCR 检测法具有敏感性高、快速、特异性强等特点，能够检测出环境样品中绝大多数的微生物。尤其是定量 PCR(qPCR)，不仅灵敏度高、检测快速，还可以实现对 DNA 或 RNA 的绝对定量分析。 1999 年 Haug land 等第一次用 qPCR 检测了微生物气溶胶，证明 qPCR 可以快速定量空气中某
19、种微生物气溶胶的浓度。最近几年 qPCR 在空气微生物气溶胶的研究中应用较多，显示了良好的应用前景。此外，DNA 芯片技术、变性梯度凝胶电泳 (DGGE)、末端限制性酶切片段长度多态性分析(T-RFLP) 等技术也在空气微生物研究中得到了应用。非培养基法的发展使得空气中越来越多的微生物被鉴定，还可以更好的掌握空气微生物的时空变化。3.3 污染评价方法目前我国室内空气微生物污染评价标准一般按照中科院生态研究中心推荐的大气微生物评价分级标准进行评价。而室外的大气微生物监测评价标准尚无统一的依据。目前常用的是中科院生态研究中心推荐的大气微生物评价分级标准，但是这一标准有自己的缺点。微生物总数这一指标
20、，由于微生物的种类繁多，要监测所有种类是一件是乎不可能完成的工作，所以不可能在基层单位作为一种评价指标进行应用。另一种是生物多样性指数评价标准。生物多样性指数则是将微生物的多样性看作为环境的保护目标，既考虑到生物种群的丰富度，也考虑到均匀度，其灵敏度要明显高于大气微生物评价分级标准。用多样性指数评价的主要难点是需要对微生物进行分类鉴定(主要是区别不同的种类，不一定要确定为哪一种)，要有一定的技术支撑作保证。4 大气微生物防治措施4.1 监测情况目前，中国对于大气中微生物的监测只局限于科研院所做研究性监测，如，中国科学院、第三军医大、成都医学院、广东省微生物研究所、军事医学科学院等。有关科研，为
21、大气微生物监测奠定了理论基础，由于许多研究工作只是刚刚起步，还有很多问题需要深入研究。大气微生物的监测设备比较多，如，Andersen 型 6 级空气生物采样器、JWL-B 新型固体撞击式多功能微生物监测仪等，主要采用过滤法和沉降法采样。监测原理是通过设备把微生物样品采集到适宜它们生长的培养基表面，在适宜的温度、湿度下培养一段时间后，每个分散的菌子和孢子会形成 1 个肉眼可见的细胞群体即菌落，通过观察菌落的特征和计数，大致可以鉴别空气中微生物的种类和数量。方法的局限性使平皿计数法只能检出生长的细菌，不能检出样品中全部的细菌，而环境大气中的细菌种类数量较多，生活习性各异，不能在统一的生长条件下全
22、部生长出来。国家环保部门对于微生物的监测相对较少，目前还着重于环境中无机污染物的监测。近年来，随着环境污染治理技术的不断提高，有机污染物渐渐成为环境中的主要污染物，已开始重视对有机污染的监测，有了许多成熟的有机污染物检测方法。微生物污染监测仅局限于对饮用水、污水、地表水等水体中细菌总数、总大肠菌群、沙门氏菌和链球菌的监测，对于大气环境中微生物的监测还没有起步，目前，只处于提出对室内环境空气中细菌总数的检测方法和标准。由于人们对室内环境质量不够重视，不愿意付费对家中居住环境进行监测，多数市级环保监测部门又因为室内监测业务少，收费低，不愿开展此项工作。从 2009 年开始，根据国家环保部门的要求，
23、市级环境监测部门开始对市区内汽车站、宾馆、影院、超市等人群密集的公共场所开始了每季度 1 次的监测，监测的项目仅限于苯、甲醛、氨等近年来人们关注的项目；对于大气微生物监测还没有涉及。在运城市，市防疫站开展了室内环境监测，还有几家套用资质或没有监测能力的部门也开展室内环境监测，主要目的是推销清除室内污染的产品。因此，我们环境监测系统对于大气微生物污染的监测还属于空白，有的刚刚开展工作，但检测能力有限。世界卫生组织认为空气中细菌浓度为 700 cfu/m31 800 cfu/m3 时，存在发生空气感染的明显危险因素，当 1 800 cfu/m3 时,就安全得多。根据国家质量监督检验检疫总局、国家环
24、境保护总局和卫生部颁布的 GB/T 18883-2002 室内空气质量标准，室内空气菌落总数 2 500 cfu/m3 为合格。4.2 防治措施从众多的学者对大气中微生物污染研究成果可以看出，影响大气微生物污染的因素很多，主要包括人的因素(人流、车流) 、气象( 气温、湿度、风速)、环境(绿化、地理位置、水、化学污染) 。控制大气微生物污染的途径主要从以下方面考虑：合理规划，减少污染，加强绿化，定期监测，防患于未然。合理规划城市布局，对人的活动、车的流量多的闹市区、交通区、生活区增加绿化面积，多种植能产生杀灭空气中微生物的分泌物的植物(如龙柏、银杏、腊梅、圆柏、芭蕉、侧柏、碧桃等)。合理调节城
25、市生态环境，充分发挥降雪、降雨对大气微生物的净化作用。森林、喷泉、瀑布周围产生的负离子也具有杀菌作用 14。通过清洁生产、控制汽车尾气等办法减少大气中的化学污染物，使太阳的紫外线更好地发挥杀菌作用。5 大气微生物研究发展方向及趋势目前众多学者均来用自然沉降法，对大气中细菌总数污染现状进行调查研究。也有人对大气中的真菌含量进行了分离统计，并对细菌总数和真菌总数的动态变化规律进行了探讨。研究结果显示，各地区大气环境在不同程度地受到微生物的污染，有的地区大气微生物污染己比较严重。随着经济的发展，人民生活水平的提高，人们对环保意识的加强，对居住环境的质量要求也越来越高，因此，深人研究大气微生物的污染，
26、已成为今后大气环境质量研究的一个方向15。随着人类社会的发展，大气微生物的污染状况在许多地区已比较突出。有害微生物作为大气中的活的污染物，它对大气环境质量的不良影响也越来越大。作为一种特殊污染物，应该与 SO2、NO X 等其他大气污染物一样被列入日常的环境监测工作中，为大气环境质量评价提供更详尽准确的应用资料和基础数据。参考文献：1 清华大学室内空气品质检测中心.室内空气微生物污染防治的重要性和迫切性EB/OL.2010-01-08. 2 于玺华.现代空气微生物学M.北京:人民军医出版社 ,2002:51-52.3 史军致.浅谈全面深入开展大气微生物污染检测的必要性.山西能源与节能,2010
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