不同环境条件下生物气溶胶的组成与分布分析

了解环境颗粒物的生物组成对于研究其对人类健康和疾病传播的重要影响具有重要意义。这种生物气溶胶采样方法及分析技术可在环境监测和空气传播病原体检测等多个研究领域中广泛应用。为确定颗粒物的总数量，首先需为气载激光粒子计数器配备用于监测温度和相对湿度的传感器。

然后，通过悬浮式激光粒子计数器顶部的空气采样口收集颗粒物，并利用采样器内部的检测模块，每五分钟同步测量每一类颗粒的粒径大小。使用旋风式气溶胶采样器采集颗粒物样品时，设置旋风式气溶胶采样器以每分钟323升的采样流量进行连续六小时的采样，并启用自动清洗功能，用无菌水对采样器内部清洗三次。随后，将采样器单独放置在架子或地面上，开始采样。

采集期结束后，将所有样品在 20 摄氏度条件下避光保存，直至进行分析。对于通过滤膜采集颗粒物，需使用高流量空气采样器，并配备 20.32 × 25.4 平方厘米的滤膜，将采样流速设置为每分钟 1,000 升，持续适当的采集时间。采集期结束后，将所有样品在 20 摄氏度条件下避光保存，直至进行分析。

对于滤膜采集样品的生物成分分析，将每张滤膜放入50毫升锥形管中，使样品面朝内，滤膜背面朝向管壁。向每根试管中央区域靠近滤膜样品的一侧加入10颗 beads，并在室温下涡旋振荡15分钟。将每根试管中的液体转移至新的50毫升试管中，随后根据标准操作流程，通过聚合酶链式反应扩增细菌16S重组DNA的V1至V3区域以及真菌重组RNA操纵子的ITS区域。

为采集和培养可培养的空气源性细菌和真菌，将国际标准的Andersen六级采样器设置为28.3升/分钟的流量，采集时间为35分钟，并在采样器的每一级中放置一个大豆酪蛋白消化琼脂培养皿。利用Andersen六级采样器，根据空气中颗粒的空气动力学直径进行六级采样，使细菌颗粒在采集过程中沉积到各培养皿上。将采集空气细菌的培养皿在37°C条件下培养24至48小时，然后对每级样品培养皿上的细菌菌落形成单位进行计数。

培养48至72小时后，将每个平板上的细菌收集到2毫升离心管中，并根据标准操作流程使用多源DNA提取试剂盒提取DNA。在此来自奶牛场的代表性采样中，气溶胶颗粒浓度在12月最高，10月最低，这可能与温度和湿度的变化有关。可吸入并到达深部呼吸道的气溶胶颗粒浓度占总颗粒浓度的99%以上，对人类和动物构成严重的潜在危害。

2016年12月20日，在北京理工大学校园内雾霾天气期间采集的生物气溶胶样品分析结果表明，与带滤膜的高流量空气采样器相比，旋风式气溶胶采样器收集到的细菌属种类更多。然而，在真菌的采集方面，两种采样器表现出相等的采集效率，且收集到的真菌属丰度几乎相同。如图所示，安德森六级采样器可用于采集不同环境中存在的各类可培养空气细菌，例如本研究中评估的四种不同类型猪舍中的空气细菌。

对空气样本的后续培养结果显示，不同设施中占主导地位的细菌属的组成存在差异。在确定气溶胶采样方法类型时，应考虑多种因素，如温度、湿度、生物气溶胶浓度以及环境条件。宏基因组学还可用于整体获取遗传信息，而无需将单个生物体分离出来。

我们的实验方案和研究结果可能有助于全球其他研究人员在不同环境条件下进一步探索真菌和细菌生物气溶胶对健康的影响。