2017, Vol. 38
2. 中国科学院大学资源与环境学院, 北京 100049;
3. 中国矿业大学 (北京) 化学与环境工程学院, 北京 100083
2. College of Resource and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. School of Chemical & Environmental Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China
近年来，我国中东部地区雾-霾天气频发，2015年共发生11次大范围、持续性雾-霾过程，主要集中在1月和11~12月，京津冀城市经济区尤为明显，是雾-霾影响最大且最典型的地区.环境保护部发布的《2015年1月74个城市空气质量状况报告》显示，京津冀地区空气质量最差，1月平均达标天数比例为38.0%，低于其他城市平均达标天数比例10.2个百分点.雾-霾是一种大气污染状态，不仅表现为能见度降低，影响正常出行；同时雾-霾所携带的有害物质对人体健康的影响深远.北京作为国际大都市，大气污染问题受到国内外的广泛关注.细颗粒物 (PM2.5，空气动力学直径≤2.5 μm) 是近年来国内大中城市频发雾-霾天气的主导因素[1~5]. PM2.5又称为可入肺颗粒，能够进入支气管沉积于人体肺泡甚至血液系统中；PM2.5的比表面积大，吸湿性强，容易吸附有毒有害重金属元素和病菌，病菌易在PM2.5的迁移过程中得到传播.流行病学研究显示[6~10]，长期暴露于PM2.5中能够增加心血管和呼吸系统等疾病的发病率和死亡率，甚至减少寿命.
京津冀地区工业化和城市化建设快速发展，机动车保有量持续增长，雾-霾污染近90%来自人为排放. PM2.5来源以机动车、燃煤、工业生产、扬尘等本地排放和区域传输为主.有研究表明[1, 5]，北京地区年平均PM2.5排放中机动车贡献最大、其次是燃煤和外来输送.河北地区年平均PM2.5排放中燃煤占主要地位，同时也受到外来输送的影响.载气尘埃在堆积之前可以顺风传输数以万公里，PM2.5质轻，能够在大气中停留7~30 d，并可以长距离传输[4, 11~14].细菌在空气中传播而引起呼吸道疾病的能力主要依赖于细菌附着的空气中固体颗粒大小[15, 16]，PM2.5颗粒物大小在一定程度上影响了空气细菌污染情况.因此，研究PM2.5中细菌传输效应以及与PM2.5颗粒物的依附关系具有重要意义.本研究在北京城区和保定郊区 (望都) 采集PM2.5颗粒并进行细菌培养，系统分析了北京城区和保定郊区PM2.5中可培养细菌种群结构特征和活性状态，以期为环境管理与决策和健康风险评估提供依据.
1 材料与方法 1.1 样品采集2015年1月10~17日，在北京城区和保定郊区布设2个采样站点：①中国科学院生态环境研究中心北京城市生态系统研究站 (RCEES，40°00′51″N，116°21′3″E，距离地面垂直距离约12 m，距离最近的河流1.2 km)，周边为城市居民区及大学教育区，西侧约150 m及南侧约100 m处分别为城市道路，周围无主要污染源，能够表征华北地区城市站点PM2.5的污染情况. ②中国科学院生态环境研究中心望都试验站 (WD，38°40′23″N，115°15′15″E，距离地面垂直距离约4m)，望都县位于河北省保定市，采样站点周边为农田，西侧约140 m为村庄居民区，西北侧约730 m为京珠高速公路，无明显工业污染源，能够表征华北地区郊区站点PM2.5的污染情况.北京城区和保定郊区两采样站点地理距离为176.1 km.采样仪器为崂应2034型中流量空气重金属采样仪 (装有PM2.5切割头，青岛崂山应用技术研究所，中国)，流速为100 L ·min-1.两采样站点同步采样，单日采样时间为下午15:00至次日下午14:30(23.5 h).采样膜为90 mm MK360石英纤维滤膜 (Munktell Filter AB公司，瑞典)，采样前将滤膜放在马弗炉中500℃煅烧6 h起到灭菌作用，每张煅烧后的滤膜用无菌铝箔包裹并存放于自封袋中备用.每日更换新滤膜使用的工具均需用75%医用酒精或高压蒸汽灭菌.采样前后将采样滤膜称重 (勿将样品置于温度20℃、相对湿度 < 45%的环境中以避免微生物污染[8])，根据HJ 618-2011 《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》，计算PM2.5浓度.将PM2.5滤膜于-4℃下密封保存备用.
1.2 细菌培养与鉴定在无菌条件下，以中心对称形式裁剪3/8 PM2.5滤膜样品两份，用于细菌培养.将两滤膜采样面向内分别放入50 mL离心管内，加入40 mL 1×PBS缓冲液，在4℃、200 r ·min-1下离心1 h，取出离心管于超声清洗机内在10℃、功率40%下超声15 min，超声后样品在相同条件下离心1 h[8, 17, 18].取出离心管弃去滤膜，振荡使颗粒物悬浮，将悬浮液涂布于无菌LB培养基上，在37℃培养箱内培养48 h，分别在各培养皿上对细菌菌落数进行计数、分离和纯化.空白组将无菌石英纤维滤膜置于采样器内，不进行采样在相同时间段内放置23.5 h，按照上述进行操作，培养基内未长出菌落.
在RCEES和WD采样站点各选取该采样时期雾-霾最严重的3 d (1月13日15:00~16日14:30) PM2.5样品为平行样对两地雾-霾时期PM2.5中可培养细菌进行研究. 3 d共6个培养基 (每天2个培养基) 进行细菌单菌落挑取、分离和纯化，采用细菌16S rRNA基因通用引物 (27F：5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′，1492R：5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′) 进行PCR扩增、测序，并与NCBI数据库比对进行细菌鉴定.
1.3 系统发育树的构建利用NCBI数据库的核酸比对功能，对PM2.5可培养细菌16S rRNA基因测序结果进行两两比对，将相似度大于97%的序列归为一个OTU，一个OTU代表一种细菌.从每一个OTU单元中选择一株细菌的16S rRNA基因序列与NCBI数据库中的相似菌种 (相似度>97%) 序列建立fasta文件，利用MEGA 6.0建立系统发育树.
1.4 场发射扫描电镜分析本研究选取RCEES采样站点PM2.5样品进行场发射扫描电镜 (field emission scanning electron microscopy, FESEM) 观察，观察样品均为前日15:00至当日14:30所收集样品.选择1月11日和1月17日的采样滤膜，用打孔器分别在每张采样滤膜上截取直径D=1 cm的滤膜2份，喷金进行FESEM观察.
1.5 后向轨迹-聚类分析综合考虑精确度以及污染因素 (二次气溶胶、微生物等) 在大气中的生存时间[19, 20]，利用后向轨迹模型NOAA/ARL HYSPLIT-4(http://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT_traj.php) 对RCEES和WD两地细菌培养时期的气团输送来源进行分析.选取48 h作为后向轨迹-轨迹聚类分析的追溯时间，选择1月15日两地近地面高度100 m处气团作后向轨迹聚类分析，判断颗粒物的潜在源区[21~23].气象数据源自全球资料同化系统 (GDAS)，使用UTC时间.
1.6 可溶性离子与金属元素的测定剪取1/8滤膜样品以HNO3+H2O2(6:2) 消解体系对样品进行微波消解[24, 25]，将冷却后的消解液转移至25 mL容量瓶中定容，用0.45 μm微孔滤膜过滤得到待测滤液，采用ICP-MS仪器 (Optima 8300，PerkinElmer公司，美国) 测定PM2.5中Al、Zn、Fe、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、As、Cd和Pb共12种元素.剪取1/8滤膜样品置于15 mL离心管内，加入10 mL超纯水，在室温超声1 h，用0.45 μm微孔滤膜过滤得到待测滤液[26, 27]，采用离子色谱仪 (ICS-1000，DIONEX公司，美国) 测定SO42-、NO3-和Cl-，连续流动分析仪 (AA3，SEAL Analytical公司，德国) 测定NH4+.按相同步骤制备并测定滤膜空白.
2 结果与分析 2.1 北京城区和保定郊区PM2.5中可培养细菌种群结构特征在北京城区 (RCEES) 和保定郊区 (WD) 两采样点 (图 1)，于2015年1月10日15:00~17日14:30，采用大气细颗粒物采样仪收集得到PM2.5样品，选取1月13日15:00~16日14:30雾-霾严重时期 (图 2)，对PM2.5样品进行细菌培养、分离与鉴定，得到76株共17种空气细菌，分别归类于厚壁菌门 (Firmicutes)、放线菌门 (Actinobacteria) 和α-变形菌门 (α-Proteobacteria) 三大菌门的细菌菌株.从鉴定结果中细菌的出现频率 (表 1) 来看，优势菌门为厚壁菌门 (Firmicutes)，分别占RCEES和WD采样站点PM2.5样品中可培养细菌种类的72.7%和87.5%.在优势菌门中，两地区芽孢杆菌属 (Bacillus) 占比均达到优势菌门的90%以上. PM2.5样品中可培养细菌大部分为革兰氏阳性菌 (G+)，这与文献[28~30]对可培养空气细菌研究结果一致[28~30].本研究仅培养得到P. provencensis和S. dokdonensis两种属为革兰氏阴性菌 (G-)，分别属于类芽孢杆菌属 (Paenibacillus) 和鞘氨醇单胞菌属 (Sphingomonas). PM2.5中获得的可培养细菌大部分来自于土壤，本研究结果与Cao等[8]对北京市PM2.5颗粒物中微生物种群结构研究一致.
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图 1 北京城区 (RCEES) 和保定郊区 (WD) 采样站点分布示意 Fig. 1 Location of the sampling sites in RCEES and WD |
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图 2 北京城区 (RCEES) 和保定郊区 (WD) PM2.5浓度变化 Fig. 2 Variation of concentrations of PM2.5 in RCEES and WD |
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表 1 PM2.5样品中可培养细菌种群结构特征 Table 1 Community characteristics of cultivable bacteria in PM2.5 samples |
从鉴定菌种出现频率来看 (表 1)，北京城区 (RCEES) 和保定郊区 (WD) 在优势菌属上存在差异.北京城区 (RCEES) PM2.5样品培养得到的优势细菌依次为枯草芽孢杆菌 (B. subtilis)、巨大芽孢杆菌 (B. megaterium) 和蜡样芽孢杆菌 (B. cereus)，分别占31.82%、13.64%和9.09%.保定郊区 (WD) PM2.5样品培养得到的优势细菌依次为巨大芽孢杆菌 (B. megaterium)、蜡样芽孢杆菌 (B. cereus)、地衣芽孢杆菌 (B. licheniformis) 和耐寒短杆菌 (B. frigoritolerans)，分别占18.75%、18.75%、12.50%和12.50%.有研究发现[31, 32]，枯草芽孢杆菌 (B. subtilis) 能够污染食物.蜡样芽孢杆菌 (B. cereus) 是土壤、沉积物、灰尘、植物中最普遍的需氧孢子携带者.保定郊区裸露土壤层及植被覆盖率高，为蜡样芽孢杆菌 (B. cereus) 在空气中的分布创造了条件，同时由于其芽孢的黏附性，经常在各类食物生产环境中出现；在许多临床样本中也发现了它的存在，表现出食物中毒、呼吸道疾病、眼部感染等临床症状；蜡样芽孢杆菌 (B. cereus) 与炭疽杆菌 (B. anthracis) 的亲缘关系和临床表现，使其被认为很可能是一种潜在的人类病原体[33].
与保定郊区 (WD) 相比，北京城区 (RCEES) PM2.5中得到的可培养细菌种类较多，细菌种类差异主要表现在放线菌门 (Actinobacteria) 和α-变形菌门 (α-Proteobacteria).北京城区 (RCEES) PM2.5中分离得到α-变形菌门1属：鞘氨醇单胞菌属 (Sphingomonas)；放线菌门4属：链霉菌属 (Streptomyces)、微杆菌属 (Microbacterium)、短杆菌属 (Brevibacterium) 和节杆菌属 (Arthrobacter).其中氧化节杆菌 (A. oxydans) 最早是在空气中分离得到的，也曾在人类临床病例中分离得到过，可以视为潜在的病原菌[34].保定郊区 (WD) PM2.5中仅分离得到放线菌门1属：短杆菌属 (Brevibacterium).从北京城区 (RCEES) 和保定郊区 (WD) PM2.5中分离得到的细菌进化关系 (图 3) 中可知，北京城区 (RCEES) 和保定郊区 (WD) PM2.5中获得的同种属可培养细菌之间表现出很近的亲缘关系.在同其他放线菌门中的细菌属相比，分离得到的短杆菌属 (Brevibacterium) 与芽孢杆菌属 (Bacillus) 的亲缘关系更近.耐寒短杆菌 (B. frigoritolerans) 多来自于土壤，耐低温，抗逆性较强，而保定郊区 (WD) 采样站点周边为裸露的农田土壤，土壤扬尘作为PM2.5的重要来源之一，使保定郊区 (WD) PM2.5中耐寒短杆菌含量较高成为可能.已有报道表明耐寒短杆菌是一种昆虫病原菌，对作物产生有害作用[35].
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邻接系统发育树由细菌16S rRNA基因序列构建，进化距离的计算采用Kimura双参数法，各分支点显示引导值 (1 000次重复的百分比)；并以碱基转换总数为单位；该分析涉及40个核苷酸序列，去除空白和缺失碱基，最终包含1 311个碱基位点；进化分析均在MEGA 6中进行 图 3 北京城区 (RCEES) 和保定郊区 (WD) 两采样站点PM2.5分离纯化鉴定获得细菌的邻接进化树 Fig. 3 Neighbour-joining phylogenetic tree of PM2.5's cultivable bacteria in Beijing urban (RCEES) and Baoding suburbs (WD) |
本研究选取北京城区 (RCEES) 采样站点PM2.5样品进行FESEM观察 (如图 4)，研究发现PM2.5颗粒呈分散或聚簇状态分布在采样石英滤膜纤维表面或间隙，颗粒呈现不规则形状.矿物颗粒[图 4 (a)~4(b)]是北京城区大气中常见颗粒物质，具有不规则的形状.其中棒状粒子和细长粒子[图 4 (a)]容易发生二次大气化学反应.通过能谱仪 (EDS) 分析棒状粒子 (图 5B) 发现，颗粒中除含大量的CaSO4外，还含有大量的K和Al元素.这表明这些晶体可能由二价或复合硫酸盐或硫酸盐组成，反映了PM2.5的二次污染来源.在北京城区冬季PM2.5样品中观察到大量的球状颗粒[图 4 (e)~4(h)]，通过EDS分析 (图 5A) 发现球状颗粒 (红色箭头所指) 表面C和O元素含量较高，颗粒表面各元素含量及形貌均与国内外对粉煤灰颗粒的研究结果一致[36, 37]，反映了燃煤对PM2.5的贡献.
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(a)~(b) 不规则矿物颗粒，(c)~(d) 生物颗粒，(e)~(h) 红箭头所指为粉煤灰颗粒；比例尺：(a)5 μm，(c)3 μm，(h)1 μm，其余2 μm 图 4 PM2.5样品的场发射扫描电镜 (FESEM) 图 Fig. 4 FESEM images of PM2.5 samples |
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(A) 粉煤灰颗粒 (比例尺：1μm)，(B) 膜上PM2.5颗粒 (比例尺：2 μm) 图 5 PM2.5颗粒能谱分析 (EDS) 图 Fig. 5 EDS images of PM2.5 samples |
图 4(c)~4(d)中颗粒与其他颗粒区别明显，分别以“簇团”和单独存在形式分布于采样滤膜上，对其做EDS分析 (图 6) 发现，与矿物颗粒相比，此类颗粒中C元素含量极高，达到了71.49%，C和O元素是该颗粒的主要组分，总含量达到96.17%，疑似为生物颗粒. Shi等[36]对大气颗粒物颗粒形态研究中也曾报道过相似生物颗粒.因为空气中缺乏微生物可以直接利用的养分，所以微生物不能在空气中长时间停留并存活；空气中没有固有的微生物群, 微生物一般以“簇团”形式 (多细胞团) 或附着在非活性颗粒上暂时悬浮于空气中[15, 16, 38, 39]. 图 4 (c)反映了微生物在大气中可能的“簇团”形式.
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比例尺：3 μm 图 6 PM2.5生物颗粒能谱分析 (EDS) 图 Fig. 6 EDS images of PM2.5 samples |
PM2.5的FESEM观察和EDS分析表明，PM2.5具有形状不规则、缺乏营养成分等不利于微生物生长繁殖的特点.如表 1所示，北京城区 (RCEES) 和保定郊区 (WD) PM2.5中分离得到的可培养细菌，除氧化秸秆菌 (A. oxydans)、耐寒短杆菌 (B. frigoritolerans)、沉积微杆菌 (M. sediminis) 外，均可产生孢子/芽孢，其中优势细菌属为产芽孢的芽孢杆菌属. Sella等[40]对典型芽孢杆菌 (B. atrophaeus) 的芽孢形成生命周期及其抗逆性的研究表明，当营养缺乏、高矿物质含量、pH中性、特定温度或细胞密度高时，可以触发营养细胞分化产生芽孢.空气中缺少微生物直接利用的养分[15, 16, 38, 39]，不利于微生物的生长和繁殖. PM2.5颗粒寡营养和高矿物质含量的特点 (图 4~5和表 4~5)，为触发营养细胞分化产生芽孢提供了机会.同时，发芽孢子可以保持较长的休眠状态，对高温、干燥、辐射和化学药物有强大的抵抗力，增加了微生物在大气环境中的生存机会.本研究发现除不产孢子/芽孢的细菌[34, 41~43]外，得到的产孢子/芽孢细菌多呈杆状，且菌体大小 (菌体长度> 2.5 μm，宽度 < 2 μm) 均大于PM2.5颗粒 (空气动力学直径≤2.5 μm)[31~33, 40, 44~48].以上表明，获得的可培养产孢子/芽孢细菌可能是以孢子/芽孢形态存在于大气中的.
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表 2 PM2.5排放源的特征标识物 Table 2 Characteristic markers of PM2.5 emission sources |
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表 3 PM2.5样品中阴阳离子浓度/μg ·m-3 Table 3 Concentrations of anions and cations measured in PM2.5 samplers/μg ·m-3 |
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表 4 PM2.5样品中元素浓度/μg ·m-3 Table 4 Concentrations of elements measured in PM2.5 samples/μg ·m-3 |
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表 5 PM2.5中阴阳离子质量分数/% Table 5 Mass fractions of anions and cations in PM2.5/% |
2.3 区域环境对PM2.5可培养细菌种群结构影响
北京城区 (RCEES) 和保定郊区 (WD) 两采样站点地处的自然环境条件不同.北京城区 (RCEES) 采样站点位于北京市北部中国科学院生态环境研究中心科研实验楼顶，邻接城市居民区及教育园区，临近交通要道具备较大的机动车流量.保定郊区 (WD) 采样站点位于河北省保定市南部郊区，周围多为农田与植被，远临农户住宅区，机动车流量很小.综合本研究监测元素及离子，并参考其他学者研究成果[1, 49~51]，表 2列出了北京及周边地区PM2.5主要来源及特征识别元素，其中二次转化源与其他排放源有关，二次转化PM2.5前体物SO2和NOx分别来自燃煤和机动车排放.
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表 6 PM2.5中金属元素质量分数/% Table 6 Mass fractions of metal elements in PM2.5/% |
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表 7 北京城区 (RCEES) 和保定郊区 (WD) PM2.5和各无机组分的Spearman相关系数1) Table 7 Spearman's correlation coefficient between PM2.5 and inorganic constituents of RCEES and WD |
北京城区和保定郊区两采样站点PM2.5样品中的水溶性离子及金属元素分析如表 3~表 6所示.表 3~4显示，在2015年1月10~17日雾-霾期间，保定郊区大气细颗粒物中各水溶性离子及元素浓度 (μg ·m-3) 除Fe、Cr和Mn元素外，其他组分浓度均高于北京城区，或与之相近.而该雾-霾时期，保定郊区PM2.5浓度总体高于北京城区 (图 2). 表 7给出了北京城区和保定郊区PM2.5浓度 (μg ·m-3) 与主要元素和水溶性离子浓度 (μg ·m-3) 之间的Spearman相关系数.北京城区水溶性离子和主要人为源金属元素与PM2.5浓度呈现正相关性，其中二次转化源组分 (NH4+、NO3-和SO42-) 与PM2.5呈现出极强的正相关性 (r=0.964，P < 0.01)，且三组分之间也表现出强相关性 (r为0.893~1，P < 0.01)；保定郊区仅NO3-和SO42-与PM2.5浓度呈现正相关性 (r为0.786~0.821，P < 0.05).这表明该雾-霾时期北京城区和保定郊区PM2.5源主要为二次转化源.北京城区PM2.5中二次转化源组分 (NH4+、NO3-、SO42-) 所占比重明显高于保定郊区，北京城区PM2.5来源受到二次转化源的影响更大；通过比较相关系数及水溶性离子质量比 (表 5)，发现北京地区PM2.5污染呈现燃煤和机动车尾气排放双高的复合性污染，保定地区燃煤为主要来源.北京城区人类活动产生的各金属元素之间相关系数更高，如：Zn与Cu、As、Cd、Pb相关系数r为0.964~0.991(P < 0.01)，Mn与Fe的相关系数r=0.893(P < 0.01)，Pb与NH4+、NO3-的相关系数r为0.893~0.964(P < 0.01)，表明北京城区PM2.5源受到来自冶金工业和机动车排放源等的多重因素影响.保定郊区元素和离子之间的相关性明显低于北京城区，Cl-与Al、Zn (r为0.893~0.964，P < 0.01)，以及Cu、Cd、Pb (r为0.847~0.857，P < 0.05) 的相关性表明保定郊区PM2.5同时受到生物质垃圾焚烧和土壤风沙尘来源的影响.以上结果反映出北京城区和保定郊区的区域环境存在较大差距，北京地区复杂的环境条件使PM2.5来源更复杂多样，保定郊区单一的环境条件使PM2.5来源较单一，这表明PM2.5中可培养细菌种群结构差异可能受到两地区环境 (理化因子) 差异的影响.
2.4 气团传输对PM2.5可培养细菌种群结构影响有研究表明[1, 11~14]，气载尘埃可以顺风传输数万公里，气团输送也是PM2.5来源之一.因此选取PM2.5污染最严重的一天 (1月15日) 对北京城区和保定郊区在100 m上空做48 h气团后向轨迹-聚类分析，如图 7所示.从中可以明显看出北京城区PM2.5的气团输送源主要来自两个方向，轨迹1源自东南方向天津及河北东部渤海沿岸的短距离输送，轨迹2源自西北方向蒙古国地区的较长距离输送，两轨迹所占比例分别46%和54%.保定郊区PM2.5的气团输送源较为复杂，受到源自5个方向气团输送的影响.轨迹1源自西北方向蒙古国地区，且该轨迹气团途径北京城区上空，占比为21%；轨迹2源自东南方向天津及河北东部渤海沿岸，与北京城区气团输送轨迹1方向一致，占比为46%.轨迹1和2总比例为67%，是保定郊区PM2.5的主要气团输送源，且气团在到达保定郊区前的18 h内轨迹高度贴近地面，受到途径城市污染源的影响明显.轨迹3~5源自西北方向的内蒙古西部及俄罗斯地区的远距离输送，分别占7%、14%和11%.以上结果显示，北京城区和保定郊区PM2.5的气团主要输送源相近，但保定地区PM2.5的气团输送源更为复杂，气团输送作为PM2.5来源之一，可能是影响北京城区和保定郊区PM2.5中可培养细菌组成结构相近但各组分比例存在差异的原因.
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图 7 北京城区和保定郊区气团后向轨迹聚类分析结果 Fig. 7 Backward trajectories and cluster means of air mass transport derived from urban Beijing and suburban Baoding |
大气细颗粒物 (PM2.5) 已成为导致雾-霾天气频发的主导因素，其质轻、比表面积大、吸湿性强等特点，能够携带有毒有害物质及病菌在空气中停留并传播很长时间；同时大气细颗粒物的可入肺性，对人体健康构成了严重的威胁.大气中的微生物因大气中没有可以直接利用的养分，故其无法单独生长和繁殖，所以大气微生物需要依赖大气中的颗粒物才得以暂时悬浮于大气中.微生物气溶胶能引起感染病、过敏性疾病和中毒等人类疾病.有研究表明[15, 16]，大气微生物与大气细颗粒物具有一定的相关性.本研究于2015年1月10~17日雾-霾时期在北京城区和保定郊区进行PM2.5收集，考察了PM2.5的依存形态，分析了PM2.5中可培养细菌种群结构特征及主要理化因子，并且分析了PM2.5的理化因子和区域传输源对PM2.5中可培养细菌种群结构特征的影响.
本研究结果表明北京城区和保定郊区大气细颗粒物中可培养细菌优势菌门为厚壁菌门，优势菌属为产芽孢的芽孢杆菌属，细菌类型G+多于G-，这与国内外对大气微生物的研究结果基本一致[8, 12, 52].廖旭等[52]应用T-RFLP、克隆文库和测序方法研究厦门市冬季大气细颗粒物中细菌和真核微型生物群落组成时发现优势菌门为放线菌门、变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门，其中变形菌门相对丰度占41.75%. Fang等[29]研究北京室外可培养空气细菌特征时发现芽孢杆菌属为优势菌属之一.同时，本研究结果显示两地分离得到的PM2.5可培养细菌种类及数量均较少.方治国等[53]研究北京市夏季空气微生物粒径分布特征时发现空气细菌呈偏态分布，80%的细菌粒子分布于前四级 (>2.0μm)；分析原因可能是空气细菌大多需要附着于颗粒尘埃上，所以粒径较大.大气细颗粒物粒径小 (≤2.5 μm)、寡营养且成分复杂、空气中停留时间较长，不利于微生物的养分利用.孢子/芽孢直径小、抗逆性强、易于生存等特点可增加微生物在空气中的停留时间；而微生物可以依附非活性颗粒扩大传播范围[16]，PM2.5多样的存在形式 (图 4)，微生物也可能如[图 4(e)~4(h)]展示的粉煤灰颗粒一样，以：①无机颗粒为主体附着微生物，②微生物体独立作为颗粒物，③微生物体表面附着其无机颗粒，④微生物体为核心外包无机颗粒等形式存在，为微生物在大气细颗粒物环境中的生存提供更多可能.
但两地PM2.5的可培养细菌种属结构和比例存在差异. PM2.5与其水溶性离子和金属元素组分的相关性，以及PM2.5的FESEM和EDS分析，表明北京城区PM2.5污染表现为燃煤和机动车尾气排放双高的复合型污染；保定郊区PM2.5污染主要来自燃煤，同时受到生物质垃圾焚烧和土壤风沙尘来源的影响.这与两地区的环境差异特征相符.北京城区冬季取暖燃煤加重，高机动车保有量和周边复杂的冶金工业区是PM2.5复合型污染的环境条件.保定郊区冬季农户散煤燃烧为主，伴有其他生物质燃烧，多数农户采用劣质煤和传统炉具，全部低空直接排放，伴随大量的烟尘和颗粒；且保定郊区多裸露土壤，干燥多风沙气候特征能够增加土壤扬尘来源.北京城区和保定郊区气团后向轨迹-聚类分析反映了两地区PM2.5的区域输送源既有重叠区域，又有差异源. PM2.5的来源差异性影响PM2.5各组分的组成结构.因此北京城区和保定郊区PM2.5的可培养细菌种属差异性可能与PM2.5的来源差异性相关.目前关于大气细颗粒物中可培养细菌种群结构尚没有系统的研究，可建立的PM2.5可培养细菌OTU数少，尚没有可培养细菌种群结构和环境因素之间建立有效统计学意义的相关性联系的方法，因此只能通过其他环境因素之间的相关性进行推断.要建立可培养细菌种群结构与环境因素的关联，还需要进行大量的培养调查研究.
通过以上分析可知，大气细颗粒物可培养细菌群落结构受到多种因素的影响，本研究通过分析不同环境因子对PM2.5可培养细菌种群结构特征的影响，为环境管理与决策和健康风险评估提供参考.要更详细准确地了解不同环境因子对大气细颗粒物可培养细菌的影响，还需要优化采样条件，进行长期大量的监测与分析.
4 结论(1) 通过对北京城区 (RCEES) 和保定郊区 (WD) PM2.5中可培养细菌的培养、分离与鉴定，得到厚壁菌门、放线菌门和α-变形菌门三大菌门，其中厚壁菌门为优势菌门；分离的17种细菌中共得到9属细菌，优势菌属为芽孢杆菌属.
(2) 北京城区和保定郊区PM2.5中可培养细菌种群结构存在差异，北京城区分离得到的细菌种属更丰富，差异主要表现为：北京城区分离得到α-变形菌门1属，放线菌门4属；保定郊区未分离得到变形菌门，分离得到放线菌门仅1属.
(3) 北京城区和保定郊区PM2.5中可培养细菌种群结构受到区域环境差异和PM2.5污染来源差异性的影响.
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