2021, Vol. 56
2. 青岛海洋科学与技术试点国家实验 室海洋生态与环境科学功能实验室, 山东 青岛 266237;
3. 中国海洋大学化学化工学院, 山东 青岛 266100
大气中生物气溶胶是由含有微生物或生物大分子等生命活性物质的微粒组成，包括细菌、真菌、病毒、花粉、动植物碎裂分解体等[1]。细菌是生物气溶胶的重要组成部分，在近地表大气层中无处不在。它们可在大气中存活较长时间并且借助介质进行传播，一般浓度在104~108 cell/m3之间变化[2-5]。有研究表明，在PM2.5和PM10的可识别生物成分中，细菌的相对百分比占80%以上[6-7]。这些在空气中传播的细菌有些属于人类病原体，可引发过敏和哮喘反应，急性、慢性疾病以及动植物疾病等[8-9]。有些细菌还可以作为云凝结核，如假单胞菌(Pseudomonas)、根瘤菌(Rhizobium)和芽孢杆菌(Bacillus)[10]。细菌群落反映生物气溶胶中细菌的种类、数量和组成，群落结构在不同天气条件下的改变可以揭示雾、霾和沙尘事件对大气中生物活动环境的影响[6, 11]。同时，细菌群落的变化，特别是致病菌的增加还对人体健康构成威胁，一定程度会影响空气质量[12]。空气受到污染时，细菌群落结构随污染类型和污染水平而变化。与清洁大气相比，污染天大气中微生物浓度和致病菌都会增加[13]，群落结构和优势菌也会发生变化。近年来，霾成为国内常见的污染天气，对北京一次霾事件的研究发现，重度霾天中存在1 000多种可识别微生物，致敏性和引起呼吸系统疾病的细菌丰度显著增加[6]。在空气质量为优及轻度污染时，济南大气中优势细菌属为蓝藻(Cyanobacteria)；在中度污染时葡萄球菌(Staphylococcus)为优势菌；重度污染时异常球菌(Deinococcus)和芽孢杆菌(Bacillus)为优势细菌[16]。但也有研究发现，北京霾天大气中细菌群落组成在门水平和属水平上无显著差异[17]。由于生物气溶胶的研究仍非常有限，现阶段尚不能对这种空间和时间上的差异有深入的剖析。
研究也发现，沙尘天气下细菌群落会有显著变化，如2016年非洲一次强沙尘事件中，厚壁菌门和放线菌门为主要细菌类群，厚壁菌门在粗颗粒物中的相对丰度高于在细颗粒，放线菌门则相反[14]，而亚洲沙尘期间，孢子类微生物成为主要的细菌类群[15]。同样，这种差异缺乏深入的科学分析。雾天相对湿度增加，悬浮着的大量小液滴可以作为微生物的载体，液滴所含的营养物质更易被微生物吸收[18]。Dong等[18]发现青岛雾天粗颗粒上的总微生物浓度增加；微生物群落结构较晴天变得更加复杂，不动杆菌(Acinetobacter)和假单胞菌(Pseudomonas)为雾天的优势菌[19]。
生物气溶胶受排放源、地理环境和气象条件等因素的共同影响，不同地区存在较大空间差异[11]。由于生物气溶胶来源和时空分布的差异，不同地区特殊天气过程对空气中细菌群落的影响较难进行系统的对比研究。本文以沿海城市青岛作为研究区域，于2017年12月—2018年4月采集晴天、雾、霾及沙尘天的生物气溶胶样品，采用16S rRNA高通量测序方法，对比分析不同天气条件下生物气溶胶中细菌群落结构特征及其影响因素，初步评估污染天气发生时细菌对人体的潜在健康风险。
1 材料与方法 1.1 样品采集采样点位于青岛市中国海洋大学崂山校区教学楼顶(36°09′N，120°29′E，见图 1)。采样高度为1.5 m，采样点距离地面垂直高度约为9 m，距离海边约为7 km，海拔约为90 m。采样点位于教学区，校园绿地面积占总面积大约50%，附近无明显人为污染排放源。于2017年12月—2018年4月，运用FA-1撞击式生物采样器(辽宁康洁仪器研究所)将大气气溶胶样品采集于0.22 μm的聚碳酸酯膜，采样流量为28.3 L/min。采样器共有6个粒径范围，为了确保不同天气下的样品能够分析测定出细菌群落，将6级合为1个样品进行分析。从出现特殊天气(雾、霾和沙尘)现象时开始采样，特殊天气结束时停止采样，采样平均时长为6 h。晴天样品从早上8点开始采集6 h。所有实验用具(采样膜、镊子、铝箔等)在121 ℃灭菌30 min，烘干后置于超净台待用。在进行DNA提取前，将采集的样品放置在约-80 ℃冰箱中储存。
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图 1 大气生物气溶胶采样点示意图 Fig. 1 Location of the sampling site for atmospheric bioaerosols |
采样期间PM2.5、PM10和CO、NO2、SO2、O3的浓度数据来源于青岛市环境保护局(http://www.qepb.gov.cn)，温度和相对湿度(RH)数据来源于青岛市气象局(http://qdqx.qingdao.gov.cn/)，数据为采样时段1 h内的平均值。采样期间气象数据如表 1所示。共采集9个生物气溶胶样品，分别为晴天样品1个(DQ1)、霾天样品6个(DQ2、DQ8、DQ4、DQ6、DQ5、DQ9)、沙尘天样品1个(DQ7)、雾天样品1个(DQ3)。其中，参照中华人民共和国气象行业标准《霾的观测和预报等级》(QX/T113-2010)，将6个霾天样品划分为轻微霾天(DQ2)、轻度霾天(DQ8、DQ4、DQ6、DQ5)和中度霾天(DQ9)(能见度5~10 km，为轻微霾天；3~5 km，为轻度霾天；2~3 km，为中度霾天；小于2 km，为重度霾天)。
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表 1 2017年12月—2018年4月青岛大气中颗粒物浓度和气象参数统计表 Table 1 The related parameters in atmosphere bioaerosols in Qingdao from Dec. 2017 to Apr., 2018 |
吸取1 000 μL CTAB裂解液(十六烷基三甲基溴化铵)转移至2 mL离心管中，加入溶菌酶，取适量的样品加入裂解液中，在65 ℃水浴条件下裂解样品。取上清液加入离心管中，加入体积比为25∶24∶1的酚(pH＝8.0)、氯仿和异戊醇溶液，颠倒混匀后12 000 r/min离心10 min。继续取上清液，加入体积比为24∶1的氯仿和异戊醇溶液，充分混匀后12 000 r/min离心10 min。移取上清液至1.5 mL离心管中，加入异丙醇，摇晃均匀，-20 ℃的环境中静置沉淀。然后12 000 r/min下离心10 min，倒出液体。用1 mL 75%乙醇洗涤2次加入双蒸水(ddH2O)溶解DNA样品，于55~60 ℃下孵育10 min助溶，然后加入1 μL核酸内切酶(RNase A)消化RNA，37 ℃静置15 min，样品置于-80 ℃的冰箱中保存。
1.2.2 基于16S rDNA的测序以样品的DNA作为PCR反应模板，对细菌16S rRNA基因的V4-V5区进行扩增，正反向引物分别为515F：5’-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3’和907R：5’-CCGTCAATTCC TTTGAGTTT-3’。PCR反应体系(30 μL)：2×PhusionMasterMix 15 μL，Primer(2 μL)3 μL(6 μM)，gDNA(1 ng/μL)10 μL(5~10 ng)，H2O2 μL。PCR反应程序：98 ℃预变性1 min，98 ℃10 s，50 ℃30 s，72 ℃30 s扩增30个循环，72 ℃延伸5 min。PCR产物使用2%琼脂糖凝胶进行电泳检测。扩增后得到450 bp的扩增片段，检验合格后添加测序接头，IonS5TMXL测序平台进行高通量测序。
1.3 测序数据及处理使用Cutadapt(V1.9.1)过滤处理原始序列(Raw Reads)，去除嵌合体，得到有效序列。利用Uparse软件(Uparse v7.0.1001)对所有样品的全部有效序列进行聚类，默认以97%的相似性将序列聚类为OTUs(Operational Taxonomic Units)。根据OTUs结果进行物种注释和丰度、Alpha多样性计算、Venn图和花瓣图等分析，同时对OTUs进行多序列比对并构建系统发育树，探究不同样本或组间群落结构的差异。
2 结果与讨论 2.1 不同天气生物气溶胶样品中OTUs和多样性分析对9个大气样品经高通量测序后将得到的原始数据进行拼接、质控和去嵌合体，共得到80 157条序列。根据Alpha多样性指数稀释曲线(见图 2)，对每个样品随机抽取62 186条序列进行均一化处理，以97%相似度对序列进行聚类，得到1 387个OTUs。OTUs数目最多的为沙尘天样品(DQ7)，有920个OTUs；其次为霾天样品，平均有(432±94)个(n=6)；雾天(DQ3)有323个。有研究[20]指出，沙尘是生物气溶胶中微生物的重要来源之一，沙尘会携带大量外源微生物使下风向地区微生物浓度增加，群落结构发生变化，且粗颗粒物上的微生物更丰富[21]，粗颗粒可更好的为微生物提供营养和基质，抵抗紫外线对微生物的伤害等。因此OTUs在沙尘天最高；霾天相对湿度较高、风速和压强较低，气象条件不利于污染物扩散，造成颗粒物累积，以颗粒物为载体的微生物也有所增加；而雾天颗粒物浓度低，较高的相对湿度使革兰氏阳性菌[22]外的微生物生存受到限制，雾天较低的颗粒物浓度和较高的相对湿度可能是导致雾天OTUs较低的原因。
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图 2 2017年12月—2018年4月青岛不同天气生物气溶胶中细菌Alpha多样性稀释曲线 Fig. 2 Alpha diversity index dilution curve in bioaerosol samples in different weather conditions in Qingdao from Dec. 2017 to Apr., 2018 |
不同程度霾天OTUs表现为：轻度霾天((479±73)个)＞轻微霾天(361个)＞中度霾天(315个)。OTUs在轻度霾天时最高，表明OTU并非与霾污染程度呈线性关系。在轻微和轻度污染时，硫酸盐和硝酸盐的促进作用占主导[23]，可为微生物的生长提供营养。随霾污染加重，细颗粒物浓度升高，研究表明细颗粒物中的细菌比粗颗粒物中的更易受到有毒有害物质和环境的影响[24]。细颗粒物中有害物质(重金属和多环芳烃)随PM2.5浓度的升高而显著增加[23, 25]，对微生物的毒性作用增强，使中度霾天OTUs减少。
所有样品共有OTUs为85个(见图 3)，占OTUs总数的6.1%，表明不同天气条件下生物气溶胶样品中细菌OTUs差异较大。沙尘天(DQ7)独有的OTUs最多，为300个。沙尘传输时会携带大量沙尘源区及途径地区的微生物物种，一些高耐受性的细菌在长距离传输中可长期存活，能被沙尘有效的分散到下风向地区[18]；雾天(DQ3)独有OTUs最少，雾天大气环境(颗粒物浓度低及相对湿度高)对微生物的选择性较高，新出现的物种最少；6个霾天独有OTUs居中，介于8~58个之间。4个轻度霾天独有的OTUs在28~58个之间；轻微霾天(DQ2)独有OTUs略高于中度霾天(DQ9)，分别为15和8个。随霾污染的加剧，独有OTUs减少，与其他对青岛霾天OTUs的研究结果一致[7]，霾发生后有适应霾天环境的新物种出现，轻度霾天新出现的物种最多，中度霾天时减少。
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图 3 2017年12月—2018年4月青岛不同天气生物气溶胶中细菌群落花瓣图 Fig. 3 Veen OTUs of bacterial community in bioaerosol samples in different weather conditions in Qingdao from Dec., 2017 to Apr., 2018 |
Alpha多样性指数如表 2所示。所有样品的测序覆盖度均在99.9%以上，测序深度基本覆盖全部物种。不同天气条件的Chao1指数表现为沙尘天最高，为971；4个轻度霾天次之，介于460~615之间，平均为536±76；轻微霾天高于中度霾天，分别为423和357；雾天和晴天的Chao1指数相差不大，分别为397和390。Shannon指数表现为沙尘天＞轻度霾天＞晴天＞轻微霾天＞中度霾天＞雾天。沙尘天(DQ7)的Chao1指数和Shannon指数最大，表明沙尘天丰富度和多样性最高，且细菌群落最为均匀。沙尘天微生物种类增加，每个种类数量较多。一般来说，长距离传输过程中空气微生物会受到紫外辐射、营养缺乏和缺水等不利环境的考验导致其存活率降低，但微生物可通过各种防御机制抵抗不利环境，如形成休眠孢子[15]，附着在颗粒物上进行传输，粗颗粒可保护细胞抵抗恶劣环境的伤害。研究表明，沙尘期间细菌丰度的增加与粗颗粒物数浓度的增加有密切关系[26]。此外，沙尘还是矿物颗粒的重要来源可为微生物提供碳源等能量源[27]，故沙尘天物种丰富度和多样性都增加。雾天时颗粒物浓度低，PM2.5和PM10的浓度分别为54和99 μg/m3，微生物附着的基质减少；雾天相对湿度高达95%，对微生物的影响较为复杂。一方面，相对湿度较高时，革兰氏阳性菌容易存活[22]；另一方面，较高的相对湿度可以促进颗粒物的吸湿性生长，从而促使气溶胶颗粒的干沉降[28]。雾天较低的颗粒物浓度及较高的相对湿度可能是造成细菌群落丰富度和多样性低的原因。
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表 2 2017年12月—2018年4月青岛不同天气生物气溶胶中细菌群落Alpha多样性指数 Table 2 Alpha diversity index of bacterial community in bioserosol samples in different weather conditions in Qingdao from Dec., 2017 to Apr., 2018 |
总体而言，霾发生后物种丰富度和多样性增加，与武丽婧[19]和邵聪聪等[29]运用变形梯度凝胶电泳(DGGE)研究青岛霾天大气细菌群落结构多样性高于晴天的结果一致。从轻微霾天到轻度霾天再到中度霾天的过程中，大气细菌群落丰富度和多样性先增加后降低，在轻度霾天时最高，细菌丰富度和多样性并不是随着霾污染的加剧而增加。低污染时，颗粒物累积导致微生物增加[18]，一些化合物(硫酸盐、硝酸盐和铵)可为微生物的生长代谢提供营养[28]；而随霾污染加重，二次气溶胶的化学反应增强，有助于细模态颗粒物的增加[16, 30]，细颗粒物吸附的重金属、挥发性有机化合物和多环芳烃等物质会对微生物产生毒害作用。有研究表明，冬季重度霾天细颗粒物中多环芳烃和部分重金属的浓度分别为非霾天的3倍和3~8倍[31]，SO42-和NO3-的浓度分别约为非霾天的17和6倍[32]。这些高浓度的有毒有害物种会导致细胞成分损伤[33]，对微生物生长不利。生物气溶胶颗粒表面吸附的化学物质所引起的促生长效应和毒性效应之间的竞争关系可能是不同程度霾天细菌丰富度和多样性发生变化的原因。随霾污染的加重，化学物质的毒性效应强于促生长效应，导致中度霾天大量物种无法存活，物种多样性和丰富度均最低。
2.2 不同天气生物气溶胶中细菌群落结构组成分析不同天气生物气溶胶样品测序共得1 387个OTUs，注释到33门，54纲，113目，204科，389属，166种。选取前十门做物种相对丰度图如图 4所示。变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)在所有样品中的相对丰度均超过1%，为相对丰度最高的4个细菌类群，相对丰度之和在56.2%~80.9%之间，这与青岛地区[19]和北疆地区[34](乌鲁木齐和石河子)细菌群落的研究一致，说明门水平上细菌群落结构具有很高的相似性，可能是由于这些细菌类群比较容易气溶胶化，能在相对不利的环境中存活[17]。但西安地区[35]秋冬霾天细菌群落优势菌为变形菌门和厚壁菌门，二者相对丰度之和在80%以上，说明不同地区微生物种类的相对占比差异较大。
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图 4 2017年12月—2018年4月青岛不同天气生物气溶胶中细菌前十门相对丰度 Fig. 4 The relative abundance of top ten in the level of phylum classification in bioserosol samples in different weather conditions in Qingdao from Dec., 2017 to Apr., 2018 |
任何天气下变形菌门都是相对丰度最高的细菌类群，在22.4%~55.7%之间。总体来讲，变形菌门在霾天时的相对丰度增加，其中在轻度霾天(DQ6)和中度霾天(DQ9)均达50%以上，其他天气条件下相对丰度相差不大，在22.9%~25.6%之间。变形菌门为革兰氏阴性菌，是细菌中最大的门类，分布广泛，对温度、辐射等具有较强的抵抗力[36]。厚壁菌门在9个样品中的相对丰度次之，为1.9%~33.7%。晴天时厚壁菌门处于较高水平(29.0%)，在特殊天气时相对丰度有所下降，沙尘天的相对丰度比霾天和雾天的高，这可能是由于厚壁菌门以细菌聚合体形式存在，使其与大颗粒物浓度更相关[36]。放线菌门在不同类型天气的相对丰度在9.2%~18.8%之间，沙尘天和雾天的相对丰度最高，均为18.8%。有研究表明，放线菌与温度呈正相关[37]。本研究中，霾天样品采集时的平均温度为(7.8±6.0) ℃，而沙尘和雾天的平均温度分别为15.3和12.9 ℃，低温可能是霾天放线菌相对丰度较低的原因。沙尘天显著增加的有酸杆菌门(Acidobacteria)，酸杆菌门在沙尘天的相对丰度为6.9%，而在其他天气下不足1%。酸杆菌门(Acidobacteria)广泛存在于各种生境中，特别是在土壤环境中，约占土壤细菌的20%~50%[38]，本文的研究结果表明沙尘期间土壤来源的细菌相对丰度增加。
注释到属分类水平上，前十属物种相对丰度图如图 5所示。所有样品中前十属的相对丰度在16%~47%之间，不同天气前十属的相对丰度相差较大。仅不动杆菌(Acinetobacter)在所有样品中的相对丰度超过1%，在霾天相对丰度增加且在轻度霾天DQ4(14.1%)、DQ6(19.3%)和中度霾天DQ9(11.9%)处于较高水平，其他样品中为1.2%~2.5%。不动杆菌广泛存在于水体和土壤环境中，具有很强的适应能力，当大气中含有较多颗粒，尤其是相对湿度较高时可在颗粒物上迅速繁殖[39]。因此，不动杆菌能在霾天较为恶劣的环境中良好生存。鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas)也是霾天的优势细菌，在轻度霾天的相对丰度较高，为1%~13.8%。马曼曼等[7]同样发现青岛地区鞘氨醇单胞菌在霾天相对丰度明显升高。鞘氨醇单胞菌具有特殊的代谢调控机制，可利用多种复杂的有机物进行生长代谢以适应环境的改变[7, 40-41]，其某些菌株能够降解高分子有机污染物(尤其是多环芳烃)[41]。沙尘天的优势菌为芽孢杆菌(Bacillus)，相对丰度为12.2%，约为晴天的两倍，在轻微霾天、中度霾天及雾天的相对丰度在1%左右。芽孢杆菌是大气中广泛存在的细菌，能够产生对不利条件具有特殊抵抗力的芽孢，抵抗脱水和极端环境，在很多地区都作为优势菌存在[42-45]。雾天的优势菌为微球菌(Micrococcus)和副球菌(Paracoccus)，相对丰度分别为9.4%和7.6%。雾天相对丰度增加的还有假单胞菌，假单胞菌具有增强自身气溶胶化的能力，并且能在恶劣的环境中保持其完整性[46]。结果显示假单胞菌(Pseudomonas)在雾天的相对丰度从其他天气的不足1%增加到5.8%，这与武丽婧[19]使用DGGE方法的研究结果一致。总体而言，相比晴天，霾天和雾天检测出更多的致病菌，其中不动杆菌、鞘氨醇单胞菌都是条件致病菌，可通过呼吸道进入人体引发感染。
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图 5 2017年12月—2018年4月青岛不同天气生物气溶胶中细菌前十属相对丰度 Fig. 5 The relative abundance of top ten in the level of genus classification in bioserosol samples in different weather conditions in Qingdao from Dec., 2017 to Apr., 2018 |
对不同天气的样品进行非加权组平均法(UPGMA)聚类分析(见图 6)。所有样品总体分为两支，第一支由轻度霾天(DQ4和DQ6)和中度霾天(DQ9)构成。反映在细菌群落结构上，这三个样品表现为一种或两种优势菌占主导的现象，细菌群落组成单一。不动杆菌在这三个样品中的相对丰度均超过12%，而在其他样品中不足3%。第二支可分为沙尘天样品(DQ7)和其他天气样品。沙尘天的样品聚类位置区别于其他特殊天样品，表明沙尘的到来可以显著改变大气细菌群落组成。而晴天DQ1和轻微霾天DQ2聚为一支，说明轻微霾天时微生物群落没有发生显著变化，微生物群落在霾天的变化与霾污染强度有关。6个霾天样品分别聚在两支，轻度霾天(DQ5和DQ8)与轻微霾天(DQ2)聚为一支。这3个霾天样品细菌群落结构均表现为物种组成丰富而相对丰度较低。另外，许多研究表明气体污染物对细菌群落结构的影响较大，其中O3与微生物呈负相关[47-48]。本研究中RDA(冗余分析)结果显示，O3是对微生物群落影响最大的因素，其次是NO2。比较霾天气体污染物浓度发现，DQ8、DQ5和DQ2的O3浓度分别为23.4、19.9和33.0 μg/m3，处于较低浓度水平。NO2的浓度也较为接近，在63.0~89.4 μg/m3之间，相较其他霾天处于较高水平。而轻度霾天DQ4和DQ6的O3浓度分别是89.6和120 μg/m3，处于较高水平。
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图 6 2017年12月—2018年4月青岛不同天气生物气溶胶中细菌群落相似性聚类 Fig. 6 Cluster of bacterial community in bioserosol samples in different weather conditions in Qingdao in April from Dec., 2017 to Apr., 2018 |
尽管DQ8、DQ5、DQ4和DQ6同为轻度霾天样品，但在Alpha多样性、物种相对丰度和聚类结果之间存在差异。DQ8和DQ5的多样性高于DQ4和DQ6；DQ4和DQ6中优势菌占比较大，使得物种组成单一；聚类结果显示DQ4和DQ6在同一支，而DQ8和DQ5在另一支。从后向轨迹分析(距离地面1 km，72 h)。从图 7可以看出，这4个轻度霾天的气团来源可分为两类：DQ4和DQ6来自南方陆地源；DQ8和DQ5来自北方陆地源，这可能是4个轻度霾天细菌群落结构存在差异的原因。可见，霾天细菌群落结构也受到不同气团来源的影响。综上，不同程度霾天细菌群落结构的相似性是多种因素(气体污染物、气象因素和气团来源等)共同作用的结果，影响霾天细菌群落结构变化的因素还有待进一步的研究。
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图 7 2017年12月—2018年4月青岛大气生物气溶胶样品72 h后向轨迹聚类 Fig. 7 Cluster results of 72 h air mass back trajectories for bioaerosol samples in Qingdao in April from Dec., 2017 to Apr., 2018 |
为了解主要菌群与大气环境因子的变化关系，对前十门细菌与大气颗粒物及污染物因子进行冗余分析(RDA)，结果表明(见图 8)，前两个排序轴的特征值分别为0.400和0.270。环境因子AQI(-0.106)、PM2.5(-0.120)、PM10(-0.105)、NO2(-0.166)、O3(0.290)、CO(-0.130)主要贡献于第一排序轴。两轴中细菌与环境因子的累计百分比为67.0%。所有环境因子中，O3是主要菌群的第一影响因子，其余依次为NO2、PM2.5、CO、AQI和PM10。主要细菌群中，变形菌门与CO、PM2.5和NO2呈正相关，厚壁菌门与AQI和PM10呈正相关，酸杆菌门和拟杆菌门与O3呈正相关。
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图 8 环境因子与微生物群落(门水平)的冗余分析 Fig. 8 Redundancy analysis to explore relationship between microorganism community (phylum) and environmental factors |
本研究中变形菌门与PM2.5呈正相关，微生物附着在颗粒物上，颗粒物增加会使微生物浓度增加[18]。Qi等[24]研究表明变形菌门的相对丰度在霾天显著改变，尤其是在细颗粒物上。Yu等[49]发现霾天变形菌门在细颗粒物上的相对丰度为88.9%，而在粗颗粒物上的相对丰度为35.7%。与细颗粒的相关性可能是变形菌门在霾天相对丰度较大，且在中度霾天时依然能维持较高相对丰度的原因；另一优势菌厚壁菌门与PM10的相关性更大。Yu等[49]也发现霾天粗粒径上厚壁菌门相对丰度为16.5%，细粒径上为4.4%。这可能是由于厚壁菌门以细菌聚合体形式存在，使其与大颗粒物更相关[36]。放线菌门与O3有很好的正相关性。高浓度的O3会使细菌细胞氧化破裂，细胞膜结构紊乱，渗透性增强使膜活性受阻，最终导致细胞死亡[50]，但适宜浓度的O3可能会与颗粒物上的其他物质发生化学反应，从而减少了对微生物的伤害[51]，尤其放线菌可以在极端温度和pH、营养贫瘠的环境中存活[52]。但目前气体污染物对微生物的影响和机制尚不清楚，还需更深入的研究。
2.5 健康风险分析研究表明致病菌比其他细菌更能承受空气中的毒素，当空气污染严重时病原菌仍可以生存，而其他细菌则可能死亡，因此可能导致致病菌比例的增加[53]。相比晴天，特殊天(沙尘天、霾天和雾天)能检测到更多致病菌或条件致病菌，可能会对人体健康造成潜在影响。霾天出现的优势菌不动杆菌是医院感染的主要细菌，广泛分布于水体和土壤中，也存在于人体皮肤、口腔和呼吸道中，是唯一能在人体皮肤表面生存的革兰氏阴性杆菌[54]，主要引起人体呼吸道感染，还能引起中耳炎、脑膜炎、烧伤感染、败血症和泌尿系统感染[55]。霾天的另一优势菌鞘氨醇单胞菌广泛分布于自然界中，能引起植物根部和动物伤口感染，会通过感染的伤口进入人体而引起各种炎症、败血症等疾病[39]。雾天假单胞菌和微球菌的相对丰度显著增加。假单胞菌是条件致病菌，是引起医院感染的常见病原菌。假单胞菌包含很多类别，其中的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)是引起医院感染的三大病原菌之一，可在潮湿环境中大量繁殖，能引起皮肤感染、呼吸道感染、泌尿道感染和囊性纤维变性等[56]。铜绿假单胞菌感染的发病率正逐年升高，医院感染日益严重[57]；微球菌广泛存在于土壤、水体及人体皮肤和呼吸道中，一般不致病，但在机体抵抗力低下时则可致病，但近年来对发热病例的长期观察发现，微球菌的发病率和致病性有逐年增高的趋势[58]。
3 结语对青岛2017年12月—2018年4月期间不同天气条件大气细菌群落结构的16S rRNA基因高通量分析结果表明，特殊天气(沙尘天、霾天和雾天)发生时细菌群落组成和多样性变化显著。沙尘天物种丰富度和多样性最高，雾天最低，霾天丰富度和多样性与霾污染程度有关，污染加重，群落多样性降低。对细菌群落结构影响最大的环境因子是O3，同时还受到颗粒物浓度和气团来源的影响。沙尘天、霾天和雾天优势菌属差异较大，出现不同的条件致病菌，会对人体健康造成潜在风险。由于样品有限，不同天气对细菌群落结构的影响机制并不清楚，有待进一步研究。
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