新疆沙尘、雾霾天气中的微生物群落结构分析与健康风险研究

Inhalable particulate whose diameter is not more than 10 um, is the main component of the haze and its pollution matter has been shown to be a major air pollutant in most of cities. Recently, it has been reported that inhalable particulate can carry microorganisms which are responsible for human allergies, respiratory disease or other types of diseases, its impact on public health have been underestimated due to the relative less known about inhalable biological particles. The unique geographical environment and adverse weather conditions of Xinjiang, cause double pollution between dust and smog, while the microorganisms research is still in the blank stage. This study is supposed to collect particulate matter (PM10, PM2.5 and PM1) of the typical city where are effected by dust and smog in Xinjiang perennially. The metagenomic methods are used to analye the microbial composition, sources and its temporal and spatial variation of Xinjiang PM pollutants, which is helpful to cognize the ability of pathogens spreading and improve the control measures of risk. Combined with the physical and chemical components of particulate matter, air monitoring data and local cases of large and medium-sized hospitals to make corresponding airborne microbes on human health risk analysis, expected to provide theoretical guidance for human life. The conclusion will be disirable to serve as a valuable reference for environmental scientists, health workers, and city planners.

颗粒物是我国大多数城市的主要空气污染物，而颗粒物中粒径小于等于10微米的可吸入颗粒物又是沙尘、雾霾天气的主要组成。可吸入颗粒物中携带导致人类过敏、呼吸系统疾病或其它类疾病的微生物，其对公众健康的影响因为研究较少而一直被低估。新疆地区地理环境独特，气候条件相对恶劣，存在雾霾、沙尘的双重污染，但是可吸入颗粒物中的微生物研究尚处于空白阶段。本项目拟对新疆受沙尘、雾霾天气影响的典型城市，进行大气颗粒物（PM10、PM2.5和PM1）采集，使用宏基因组测序方法检测其中微生物组成、分析其来源及时空变化规律，明确其中的致病菌和条件致病菌种类，更好的权衡病原菌传播疾病的能力和改进病原风险控制措施。结合可吸入颗粒物物理化学组分、大气监测数据及当地大中型医院相应病例做出空气微生物对人类健康风险的分析，为人类生活提供理论指导，为环境工作者、医务工作者和城市规划者提供有益参考。

近来，有研究指出颗粒物中有携带导致人类过敏、呼吸系统疾病或其它类疾病的微生物，对公众健康带来负面影响，但因为研究较少，其影响一直被低估。新疆由于其独特的地理环境和气候条件，颗粒物污染较为严重，但是对颗粒物中的微生物的研究尚处于空白阶段。. 本研究选取北疆重要城市（乌鲁木齐市、石河子市）进行TSP、PM10、PM2.5、PM1样品采集，应用16S和18S rDNA测序方法研究大气颗粒物中微生物群落结构特征。结果表明：细菌的香农指数顺序为：夏季>春季>冬季>秋季，真菌的香农指数顺序为春季>夏季>冬季>秋季。春夏两季颗粒物中微生物多样性较强，秋冬两季较弱。在同一站点上，不同粒径颗粒物间不同，PM10中香农指数大于TSP。冬季同一采样点上，香农指数大小顺序为PM2.5>PM10>TSP，粒径越小，细菌种群多样性越强。真菌的香农指数大小顺序为PM10>TSP>PM2.5，可能归因于细菌粒径较小，容易吸附在空气动力学直径较小的颗粒物中，但真菌粒径较大，易形成孢子，所以可吸入颗粒物中真菌多样性较强。. 在门水平上，乌鲁木齐市和石河子市大气颗粒物中细菌群落主要由变形菌门，厚壁菌门、蓝藻菌门、放线菌门和拟杆菌门这5个类群组成，变形菌门相对丰度最大，这一特点在冬季表现的愈加明显。真菌群落主要由子囊菌门、担子菌门和接合菌门组成，子囊菌门相对丰度较大。在属的水平上，夏季与植物相关的菌属相对百分比较大，如链型植物。冬季不动杆菌属、假单胞杆菌属等的相对丰度较高。. 同一采样点上，不同粒径之间细菌、真菌群落结构在门、目、属水平上均差别不大，但相对百分比有所差别。不同城市，同一季节的相同粒径颗粒物中细菌群落差异明显，真菌较为相似，但是真菌中优势菌属的相对丰度不同。同一城市同一季节的相同粒径颗粒物中微生物群落结构相似。. 另外，在所有样品中均检测到了一些可能导致人类及植物患病的致病菌和机会致病菌菌属序列，如不动杆菌属、沙雷氏菌属、代尔夫特菌属、金黄杆菌属等，这些菌属会对免疫力低下人群（老人、小孩、病后恢复期患者）产生影响。真菌中旋孢腔菌、孢盘菌属等会引起植物患病。期待此研究结果能在日后为居民生活和医疗卫生服务提供重要的理论参考。