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微生物是大气颗粒物的重要组分,不仅在大气化学、成核过程、生态系统相互作用和全球气候变化中发挥着重要作用,同时也作为病原体和过敏原严重危害人类健康,引起呼吸道传染病、过敏和肺癌等多种疾病,逐渐成为研究热点。目前,对大气微生物的研究多关注于雾霾天气下PM2.5和PM10中的细菌群落,对真菌群落和超细颗粒物(PM1.0)中的微生物群落研究较少。鉴于此,本文以合肥市作为研究区域,采用三台大气颗粒物采样器对PM1.0、PM2.5和PM10进行跨季节采样,结合实验室分析(ICP-MS和ICS等)和现代分子生物学技术(qPCR和高通量测序等),从季节(夏、秋和冬)、粒径(PM1.0、PM2.5和PM10)、天气(晴天和雨天)和物种(细菌和真菌)四个维度,探究了合肥市大气颗粒物中微生物群落结构特征及其影响因素,分析了微生物的潜在来源和致病菌。研究结果有助于更加全面地了解大气微生物群落结构特征及其影响因素,为环境和公共卫生研究提供重要参考。主要研究内容和结果概括如下:1.合肥市大气颗粒物中微生物群落组成及其潜在来源通过高通量测序获得了合肥市大气颗粒物中微生物的群落组成信息,结果表明:颗粒物中细菌优势菌门为变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、栖热菌门、放线菌门和蓝藻菌门;真菌优势菌门为子囊菌门、担子菌门、被孢霉门和罗兹菌门,优势菌纲为粪壳菌纲、酵母菌纲、座囊菌纲、散囊菌纲、伞菌纲和被孢霉纲。其中放线菌门和酵母菌纲主要分布于粗颗粒物中,而拟杆菌门和座囊菌纲则恰好相反。对比其它城市大气微生物的研究结果,发现不同城市大气中,变形菌门、厚壁菌门和放线菌门均为细菌优势菌门,而子囊菌门和担子菌门为真菌优势菌门,这表明城市化可均质化城市大气微生物。采用指示物种源追踪法确定了合肥市颗粒物中细菌的潜在来源为土壤、植物、人类和动物粪便;采用FUNGuild对真菌群落进行功能注释,结果显示土壤和植物是真菌的主要来源。2.合肥市大气颗粒物中微生物群落多样性及其影响因素应用α-多样性指数、PCoA、PCA、RDA和VPA等多种分析指标和手段,探究了颗粒物中微生物群落结构的变化规律,结果表明:细菌基因丰度(Genes)在 PM1.0 中显著高于 PM2.5 和 PM10(Kruskal-Wallis,P=0.003 for PM2.5;P=0.001 for PM10);秋冬季细菌群落的OTUs和Shannon指数显著高于夏季(Kruskal-Wallis,OTUs,P=0.003 for Fall,P=0.001 for Winter;Shannon,P=0.022 for Fall,P=0.007 for Winter);真菌群落的 OTUs 在 PM10 和 PM2.5 中显著高于 PM1.0(Kruskal-Wallis,P=0.048 for PM2.5;P=0.002 for PM10);PCoA 分析显示细菌群落和真菌群落按季节聚类而非粒径,夏季样本和秋冬季样本分别聚类在一起;7月样本的PCA显示细菌群落和真菌群落按粒径聚类而非天气条件(晴天和雨天);RDA分析分别筛选出了 17个对细菌和真菌群落影响较大的环境变量,VPA分析显示这些环境变量中,水溶性离子解释了最多的大气细菌或真菌群落变异,且这些水溶性离子来源于土壤、灰尘和汽车尾气。综上,在长时间序列下,大气微生物群落结构主要受季节变化(风向、相对湿度、气温和风速等)驱动,而短时间序列内主要受大气颗粒物粒径影响;水溶性离子是影响大气微生物群落结构的主要环境变量,土壤、灰尘和人类活动是潜在的影响因素。3.合肥市大气微生物中潜在的致病菌在种水平上鉴定到了 10种细菌致病菌(产气荚膜梭菌、鲁氏不动杆菌、丹毒丝菌、粘质沙雷菌、肠杆菌、普雷沃菌、链球菌、巴氏梭菌、副流感嗜血杆菌和脆弱拟杆菌)和12种真菌致病菌(交链孢霉菌、侵染链格孢、蔷薇生链格孢、节菱孢霉菌、毛霉菌、卷枝毛霉、葡萄状穗霉菌、球形小孢葡萄穗霉、木霉菌、桔木霉、绿木霉和粉红单端孢)。这些致病菌可引起菌血症、腹膜炎和肺炎等人类疾病以及叶枯病、赤霉病和黏菌病等动植物病害。大气细菌和真菌中的潜在致病菌在夏季相对丰度最高,且致病菌的相对丰度与颗粒物粒径呈正相关。相关性分析显示细菌致病菌中肠杆菌和丹毒丝菌与T呈显著负相关(Spearman,P<0.05),与AP和AQI呈显著正相关(Spearman,P<0.05),链球菌与AP和SO2呈显著正相关(Spearman,P<0.05);真菌致病菌中粉红单端孢和节菱孢霉菌对环境变量最为敏感,前者与NO3-、Cl-、K+、NH4+、Ca2+和AP呈显著正相关(Spearman,P<0.01),与PO43-、O3和T呈显著负相关(Spearman,P<0.01),后者与Cu、NO3-、Cl-、K+、Ca2+和 AP 呈显著正相关(Spearman,P<0.01 for Cl-,K+,Ca2+;P<0.05 for Cu,NO3-,AP),与 PO43-、O3 和 T 呈显著负相关(Spearman,P<0.05)。结果表明不同大气微生物对环境变量的响应具有独特性,未来应挑选有研究价值的细菌或真菌研究其与环境变量的相关性,为大气微生物污染防治和政策治理提供确切的科学依据。