开放环境下空气细菌的分布和种群

空气微生物主要有细菌、真菌、真菌孢子、病毒。在这些微生物中，病毒结构简单，没有完整的细胞结构，只有蛋白质和核酸两种成分，必须依赖活的生物体，在其细胞中借助细胞的物质代谢、能量代谢进行繁殖，因此，在空气环境中，如果病毒被一些生物成分包裹，并附着于其他颗粒物上，且环境温湿度和太阳辐射等环境因素较为合适，病毒也能存活一定时间。而细菌、真菌和真菌孢子有完整的细胞结构，对空气环境有一定的抵抗力，并且具有自我物质代谢的能力和自我繁殖的能力，不需要依赖别的生物体进行物质代谢和繁殖，因此，在空气环境中，能够保持一定存活力的微生物只有细菌、真菌和真菌孢子。

由于空气环境是一个开放系统，它的各种化学和生物成分来源呈多样性，既有自然源，也有因人类社会活动而产生的。因此，空气细菌种类的来源是非常庞大且复杂的微生物群体，是空气微生物的重要组成部分，且不同地点、不同季节的空气细菌差异较大。我国对空气细菌的研究主要集中在细菌浓度、种类和时空分布，对预防人的呼吸道感染、哮喘、过敏和支气管炎具有重要意义。

1.北京市空气细菌种群和生态分布　2006年，开展了一项北京市不同的功能区（包括文教区、交通干线和公园绿地）空气细菌种群的研究。结果表明，北京空气中的革兰阳性菌（G+）明显多于革兰阴性菌（G-），细菌种群包括47属细菌，其中革兰阳性菌31属（66.0%），革兰阴性菌16属（34.0%），优势细菌属依次为微球菌属、葡萄球菌属、芽孢杆菌属、棒杆菌属和假单胞菌属，占全部种群的50%；而微球菌属占优势细菌属总数的20%～30%，假单胞菌属占25%～50%。另外，研究结果也反映出不同功能区的空气细菌的种群存在着较大的差异。北京市文教区空气中有38个属的细菌，其中革兰阳性菌28属，革兰阴性菌10属，优势菌属依次为微球菌属、葡萄球菌属、芽孢杆菌属、漫游球菌属、棒杆菌属和假单胞菌属。北京交通干线空气中有34个属的细菌，其中革兰阳性菌25个属，革兰阴性菌9个属，优势菌属依次为微球菌属、葡萄球菌属、芽孢杆菌属、短杆菌属、棒杆菌属和假单胞菌属。北京公园绿地空气中有33个属的细菌，其中革兰阳性菌24属，革兰阴性菌9属，优势菌属依次为微球菌属、葡萄球菌属、芽孢杆菌属、微杆菌属、棒杆菌属、短杆菌属和假单胞菌属。

2009年，对北京某垃圾填埋区空气细菌浓度及粒径分布特征开展了一项研究。作者选择垃圾填埋区的覆盖区和作业区作为采样点，研究发现作业区四季空气细菌浓度从大到小依次排序是秋季＞春季＞夏季＞冬季，覆盖区四季空气细菌浓度从大到小依次排序是春季＞秋季＞夏季＞冬季。作业区冬季的空气细菌浓度为2 000 cfu/m3，春季的空气细菌浓度为18 045 cfu/m3；覆盖区冬季的细菌浓度为535 cfu/m3，春季的空气细菌浓度为4 068 cfu/m3。作业区和覆盖区春季可吸入空气细菌粒子（＜8.2 μm）分别占77.17%和74.16%，冬季可吸入空气细菌粒子（＜8.2 μm）分别占54.13%和66.11%；作业区夏季空气细菌粒径分布呈正态分布，分布在（3.0～6.0μm）中，可吸入空气细菌粒子（＜8.2 μm）占81.19%；覆盖区夏季空气细菌粒子分布在（5.0～10.4 μm）中，可吸入空气细菌粒子（＜8.2 μm）占77.15%。作业区秋季空气细菌粒径分布在2.0～3.5 μm，秋季空气细菌粒径中，可吸入空气细菌粒子（＜8.2 μm）占78.7%；覆盖区秋季空气细菌粒径高峰出现在＞8.2 μm中，其次在2.0～3.5 μm中，可吸入空气细菌粒子（＜8.2 μm）占69.5%。

2014年，对2013年2月8—14日的北京雾霾天气时PM2.5和PM10颗粒物中微生物研究发现，用16sRNA和宏基因组学方法分析这两种颗粒物中的微生物，结果全部样品中共有超过255个细菌属，其中，PM2.5颗粒物的微生物86.1%为细菌，0.1%为病毒，真菌及其他占13.8%；PM10颗粒物样本中的微生物80.8%为细菌，0.1%为病毒，真菌及其他占18.3%。

2.广州市及珠三角城市群的空气细菌种群和生态分布　2009年，对广州市不同功能区夏季空气微生物气溶胶细菌谱和粒径分布特征进行了一项研究。选择流花湖公园作为清洁区，广州医学院教学区作为人口密集区。空气样本分析结果表明，从清洁区收集到的样品中获得185个菌株，这些细菌属于8个属15种空气细菌，其中革兰阳性菌4个属10种，革兰阴性菌4个属5种，革兰阳性菌占66.5%，均为条件致病菌。从人口密集区收集到的样品获得568菌株，这些细菌属于4个属10种空气细菌，其中革兰阳性菌3个属9种，革兰阴性菌1个属1种，革兰阳性菌占88.9%，均为条件致病菌（表12-1）。清洁区的优势细菌依次为里昂葡萄球菌、模仿葡萄球菌、枯草芽孢杆菌；人口密集区的优势细菌依次为人葡萄球菌、里昂葡萄球菌、模仿葡萄球菌。清洁区和人口密集区的空气细菌气溶胶粒径分布基本一致，其中77.6%～93.7%的细菌气溶胶颗粒分布在1～10.4 μm之间，相当于人的下呼吸道直径。人口密集区的细菌浓度明显高于清洁区的细菌浓度；两个地区在12∶00时和17∶00时两个时段的细菌浓度明显低于8∶00时和23∶00时。研究提示，城市空气细菌的种类、浓度和粒子粒度与呼吸道的过敏性疾病、黏膜刺激有着密切的关系。

表12-1　广州市清洁区和人口密集区微生物气溶胶种类和构成比

2005—2007年，开展了一项针对珠江三角洲8个城市（广州、深圳、珠海、佛山、江门、东莞、惠州、中山）的四个不同的功能区（交通枢纽、商业区步行街、居民区和工业区）的春、夏、秋、冬四个季节空气微生物群落结构的研究，共采集161个样点，对采集的样本进行了微生物培养分析。分析结果表明，珠江三角洲8个城市空气中细菌的优势种群有芽孢杆菌属、葡萄球菌属、微小杆菌属、链霉菌属，共4属15种（表12-2）。

表12-2　珠江三角洲城市群空气微生物（细菌）优势种群

细菌已鉴定的种类为4属15种，优势种群有金芽孢杆菌、芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、金橙黄微小杆菌、弗氏链霉菌等（表12-2），出现频度均在25%～63.6%之间，样点出现频度最大的种群是芽孢菌属，达63.6%；分离出细菌菌种多度为1.2%～35.29%，其中葡萄球菌属、杆菌属分别占样点分离细菌总数的35.3%、29.4%。空气优势细菌种群的分布，珠江三角洲城市群以惠州、佛山优势细菌种类较多；6个城市共有种属为芽孢菌、杆菌属和链霉菌属。功能区的优势种群为链霉菌属和芽孢杆菌属，主要分布在交通枢纽、工业区和居住区。

3.吉林市空气细菌种群和生态分布　2009年，吉林市进行了一项空气中致病微细菌的研究。研究者选择吉林市的街路、闹市区、居民区、学校、医院、旅游景点等6个不同环境（人类活动频繁区）进行空气中人类致病细菌调查，共采集到1 944个空气样本，共分离鉴定细菌127种，其中有人类致病细菌12种（表12-3），其中金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、肺炎球菌、猪霍乱沙门氏菌、痢疾杆菌出现频率较高，这些致病性细菌的出现频率均达到40%以上；不同环境的人类致病细菌的种类和数量也不同，以医院最多，达到9种和122株，街路、闹市区、居民区次之，种类和数量分别为8种和63株、7种和73株、7种和54株，学校和旅游景点较少，种类和数量分别为6种和43株、6种和48株；6个不同环境空气中均出现的致病性细菌包括表皮葡萄球菌、肺炎球菌、猪霍乱沙门菌和痢疾志杆菌。不同环境空气中出现这些致病性细菌，在一定的条件下能够引起人和动物的呼吸道传染性疾病的发生，甚至暴发流行。应引起有关疾病预防控制部门或机构的关注。

表12-3　吉林市不同环境空气中的人类主要致病细菌数量分布

从以上的研究结果可看出，在人类活动较少的区域，空气细菌以自然为主，人类活动较多的城市空气中，空气细菌中来自人类活动的细菌明显增多。由于来源不同，这些空气细菌对人类健康的影响和危害程度也不同。自然来源的空气细菌，基本上是不致病的或是条件致病菌。来自人类活动源的空气细菌中，致病性细菌出现概率比自然源的空气细菌大。另外，空气细菌气溶胶粒子粒径主要分布在1～10.4 μm之间，属于可吸入粒子，一旦进入空气，将会随气流的流动，扩散到更大范围，因此，空气细菌对人的健康危害比较大。

4.厦门市空气细菌种群和生态分布　2009年10月，对厦门市空气微生物的研究发现，空气细菌气溶胶中的细菌类群主要由厚壁菌门、β-变形菌纲和γ-变形菌纲的细菌构成，优势菌分别为Solibacillus属、微小杆菌属、罗尔斯顿菌属的细菌，与其他城市相比，厦门的空气细菌多样性较低。厦门市区气溶胶细菌中包含了一些致病菌或者机会致病菌，包括不动杆菌属、皮氏罗尔斯顿菌、坏疽性口炎及口腔溃疡病原菌等，这些细菌虽然数量比较少，但与人类健康密切相关。不动杆菌属的细菌能引起血液系统感染，并且是医院内感染主要病原菌；皮氏罗尔斯顿菌也是医院感染的主要细菌，是罗尔斯顿菌属的一个主要细菌，能引起多种感染，已有很多报道表明它能引起菌血症、脑膜炎、心内膜炎及败血症等；青枯菌是罗尔斯顿菌属的另一种细菌，是多种植物的病原菌，能引起植物枯萎死亡。这几种细菌在中国其他城市空气微生物调查研究中还未见有报道。这一研究发现为监测厦门市微生物气溶胶的组成与变化，以及评估空气微生物对人类健康风险的潜在影响提供了基础数据。

5.拉萨市空气细菌种群和生态分布　拉萨市属于西藏高原城市，海拔高度为3 650 m，人口稀少，工业设施很少。且夏、秋季间和冬、春季间无明显区别，按温度、湿度和雨雪情况划分，拉萨地区一般分为夏秋季和冬春季两个季节。2000年，对拉萨市空气微生物的情况进行了采样分析研究。研究结果表明，拉萨空气中细菌以革兰阳性菌为主，夏秋季革兰阳性球菌含量占63%，需氧芽孢杆菌为20.2%，共检出17种细菌，以肠球菌、微球菌、金黄色葡萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、蜡样和枯草芽孢杆菌为主；冬春季需氧芽孢杆菌含量为58%，革兰阳性球菌为29.8%，共检出12种细菌，以蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、凝固酶阴性葡萄球菌、棒状杆菌属、金黄色葡萄球菌等为主（表12-4）。(www.xing528.com)

表12-4　拉萨市夏秋季和冬春季空气微生物种类分布

拉萨市空气比较干燥，特别是冬春季更明显。本项研究采样时，夏秋季室外平均温度为21℃，相对湿度平均为53%，冬春季平均温度为2℃，相对湿度平均为8%。所以，环境温度和湿度是影响拉萨空气细菌种群和含量的主要因素。表12-4中看出，革兰阳性菌含量在空气中占绝对优势，特别是冬春季更加明显；在夏秋季以革兰阳性球菌为主，而冬春季以芽孢杆菌为主。

6.西安市空气细菌种群和生态分布　2006年10月，针对西安市空气微生物特征开展了一项研究，在西安市3个功能区（工业区、公园绿地、交通干线）分三次进行空气中微生物采样，分析结果表明（表12-5），空气细菌的群落和种群有显著差异，在3个功能区中共鉴定出20属的细菌，其中革兰阳性菌13属，革兰阴性菌7属；工业区共鉴定出19属细菌，阳性菌12属，阴性菌7属，其中微球菌属占细菌菌落总数的28.1%，芽孢杆菌属占18.6%，葡萄球菌属占17.8%，假单孢菌属占10%；公园绿地区共鉴定出20属细菌，其中革兰阳性菌13属，革兰阴性菌7属，微球菌属占细菌菌落总数的25.7%，芽孢杆菌属占16.4%，葡萄球菌属占18.2%，假单孢菌属占60%；交通干线区共鉴定出20属细菌，其中革兰阳性菌13属，革兰阴性菌7属，其中微球菌属占24.3%，芽孢杆菌属占14.2%，葡萄球菌属占21.7%，假单孢菌属占6.6%。

表12-5　西安市秋季不同功能区空气细菌群落特征

从表12-5中也可以看出，西安市不同功能区空气细菌的优势菌属基本相同，优势菌属为微球菌属、芽孢杆菌属、葡萄球菌属和假单胞菌属，共占细菌总数的65.5%。另外，空气细菌含量从高到低依次为：交通干线、工业区、公园绿地，这可能是由于交通干线的汽车流量、人流量较大，活动时带起大量地面灰尘，因此，空气细菌粒子主要来源于扬尘，即社会活动源。

7.南京市空气细菌种群和生态分布　2000年，对南京市空气微生物的上空分布和种群特征进行了一项研究，研究人员依据南京市的地理条件、生态环境和功能特点，选择了商业区（山西路）、工业区（迈皋桥）、居民区（瑞金路）、文教区（草场门）、交通区（中华门）和对照点（玄武湖）等6个空气环境国家控制监测点，同时，监测和比较空气微生物与空气监测指标PM10、SO2和NO2的相关性。采样时间在2000年10月至2001年8月春、夏、秋、冬四季各采样1d，全天共采集5次，PM10、NO2和SO2为连续监测。微生物数量统计结果表明，南京市空气微生物的菌落数为629～22 322 cfu/m3，均值为5 658 cfu/m3，各点微生物总量（均值）从高到低的顺序为：商业区（山西路）、交通区（中华门）、居民区（瑞金路）、工业区（迈皋桥）、对照点（玄武湖）、文教区（草场门）。对所有采集样本中的微生物进行培养分析、生理和生化试验鉴定，结果发现，南京市空气微生物中，以细菌为优势种（表12-6），G+菌多于G-菌，细菌中以微球菌属为优势种，微球菌属是土壤菌的主要成分，表明空气微生物与尘的含量关系密切；其他还有假单胞菌属、芽孢杆菌属、葡萄球菌属、微小杆菌属等，这些菌属广泛分布在自然界，多为条件致病菌，常见于医源性感染。

表12-6　南京市四季不同功能区空气细菌群落特征

影响城市空气中细菌分布和种群的因素很多，从表12-6中可以看出，各种人为的社会活动（如交通等）引起的气流流动对空气中细菌分布的影响比较大；其次，城市大量人口也是空气微生物的一个重要来源，作为商业区代表的山西路由于人流量大，人口密度大，来往车辆多，导致该点细菌的数量和种群都是最高的；处于文教区的草场门，环境相对较好，微生物数量低，对照点的玄武湖环境质量佳，植被生长良好，微生物数量也较低。另外，空气微生物浓度和种群与空气中的PM10、SO2、NO2有一定的相关性，与PM1。呈明显的正相关。

8.合肥市空气细菌种群和生态分布　2005年5月，在合肥城区选择明珠广场、安居苑、五里墩立交桥、合肥火车站、四牌楼商业区、逍遥津公园、中菜市入口、淮河路步行街、新亚汽车站、合钢新村等10个采样点以代表不同的功能区域，用采用自然沉降法采样，研究合肥市环境空气细菌生态分布和种群特征（表12-7）。

表12-7　合肥市不同功能区空气细菌生态分布和种群特征

从表12-7中的分析结果显示，合肥城区空气细菌总数均值为5.04×104cfu/m3，不同采样点的空气细菌中优势细菌属为微球菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属和葡萄球菌属，分别占细菌总数的42.0%、36.0%、4.4%和4.2%。各采样点空气细菌总数从高到低依次为：新亚汽车站、中菜市入口、四牌楼商业区、合肥火车站、合钢新村、淮河路步行街、明珠广场、五里墩立交桥、安居苑、逍遥津公园。另外，从采样点的人群流动性、机动车辆的流量以及环境植被等诸多影响因素来看，合肥城区空气细菌生态分布和细菌种群受到上述因素影响较大。

9.杭州市空气细菌种群和生态分布　2013年，针对杭州市空气细颗粒物中微生物成分特点开展了一项研究，研究人员按照车流量、人流量、城市人口活动频率等环境影响因素，在夏秋季节选取杭州市区五个采样点，包括居民区、风景区、商业区、交通枢纽区和高校教学区等，每个地点连续采样3d，每天平行采样2次，夏季和秋季分别采样一批。空气细颗粒物用FA-1型撞击式六级空气微生物采样器采集，主要收集分析第四级至第六级的采样介质上的样品。分析方法：采样分离纯培养后，进行细菌菌落计数，再用全自动细菌鉴定仪（生物梅里埃公司，VITEK2）鉴定细菌种类，对难以培养分析的分枝杆菌属细菌采用PCR的方法分析采集样本中是否有分枝杆菌属细菌的存在。对五个采样点采集空气样本的分析结果是，夏秋两季空气细颗粒物的细菌总数含量从高到低依次为：商业区、交通枢纽区、居民区、高校教学区、风景区，细菌属类最多的是商业区。对分离到的细菌进行生化鉴定，共鉴定出10个属的细菌，包括芽孢杆菌属9种、葡萄球菌属5种、微球菌属3种、奈瑟菌属2种、不动杆菌属2种、肠球菌属1种、寡养单胞菌属1种、棒状杆菌属1种、肠杆菌属1种、明串珠菌属1种，共计26种细菌。在细菌中，芽孢杆菌属细菌占已鉴定细菌的34.6%左右，这与芽孢杆菌在自然环境的土壤和水中普遍存在着密切关系，且与细菌芽孢抵抗力强是相对应的。其次，葡萄球菌属细菌占19.2%，在检测样本中检测出了β溶血菌、金黄色葡萄球菌、溶血葡萄球菌等一些具有致病性的细菌，且8溶血菌在交通枢纽区的空气含量最多，商业区、居民区、高校教学区相对较少，风景区最少。另外，研究人员还用PCR方法检测空气细颗粒物中是否有分枝杆菌属细菌的存在，结果提示在有较多的人流量、空气流通性较差的商业区环境的空气细颗粒物中有分枝杆菌属细菌的存在。这也间接证明了城市空气微生物来源的双重性，即自然源和人类源。

从以上北京市、广州市、珠三角城市群、吉林市、厦门市、拉萨市、西安市、南京市、合肥市和杭州市等城市空气细菌研究结果来看，我国城市空气微生物的来源具有双重性，一部分空气细菌来源于自然源，即通过自然界的活动，如在刮风、水汽蒸发和空气流动等外力作用下，将土壤、水、植物表面的微生物以各种形式的颗粒物激发到空气中，形成空气微生物或细菌气溶胶；另一部分空气微生物来源于人类源，即通过人类活动，如社会生产、人群流动、人咳嗽和说话等人为作用，将土壤、水、动物和人类自身的微生物以气溶胶的形式激发到空气中，形成空气微生物或细菌气溶胶，从许多城市人群活动密集区的空气样本中，检测出致病性细菌的结果也证明了这一点。