CN112964605A - 一种环境颗粒物监测方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环境颗粒物监测方法及应用。本发明提供了检测某个时间段的环境为轻雾霾天、晴天还是重雾霾天在指导人进行生物防护中的应用；或，检测某个时间段的环境为轻雾霾天、晴天还是重雾霾天的物质在制备指导人进行生物防护产品中的应用；所述指导人进行生物防护为所述某个时间段为轻雾霾天的生物防护程度大于某个时间段为重雾霾天或晴天的生物防护程度。本发明的实验证明了，环境颗粒物细菌和真菌含量在轻雾霾天要高于晴天，在重雾霾天持续期间要低于晴天。剖析环境空气颗粒物对人体健康状况的潜在影响。

Description

一种环境颗粒物监测方法及应用
技术领域
本发明涉及到环境科学领域，具体涉及到一种环境颗粒物监测方法及应用。
背景技术
环境空气颗粒物(Particulate matter，PM)是一种包含生物和化学成分的复杂微粒，根据采集地点环境因素的不同，其组成成分和对人体的危害程度会相应发生变化。许多涉及人类呼吸道的疾病都被发现与环境颗粒物暴露有关。黏附于环境空气颗粒物的微生物或化学成分，可能通过与机体粘膜、皮肤、消化道以及呼吸道等部分直接接触，进而影响人体健康。有研究表明，长期暴露于PM2.5，可以使人体患肺癌的几率大大增加。
研究表明PM2.5靶向呼吸道进而渗透进血液，从而对机体造成毒性作用。附着于PM表面的微生物或化学成分比例，可能会随着环境条件的变化以及污染源的不同而改变。尽管以往已有部分研究针对PM2.5成分进行分析，但是重雾霾天气下的数据分析还很欠缺，并且有关不同天气条件下PM2.5生物和化学成分变化规律的研究还鲜有报道，对重雾霾天(空气质量指数，AQI 301-500)环境PM的生化特性特性以及晴天与轻雾霾天(AQI 151-200)的区别了解甚少。因此迫切需要设计科学合理的实验方法去获取PM2.5相关数据并进行大数据分析，评估环境空气颗粒物可能对人体造成的潜在危害。
发明内容
本发明一个目的是提供一种雾霾天进行生物防护的方法。
本发明提供的方法，包括如下步骤：先确定环境为轻雾霾天、晴天还是重雾霾天，再按照如下进行防护：轻雾霾天的生物防护程度大于重雾霾天或晴天的生物防护程度。
本发明还提供了检测某个时间段的环境为轻雾霾天、晴天还是重雾霾天在指导公众进行生物防护中的应用；
或，检测某个时间段的环境为轻雾霾天、晴天还是重雾霾天的物质在制备指导公众进行生物防护产品中的应用；
所述指导公众进行生物防护为所述某个时间段为轻雾霾天的生物防护程度大于某个时间段为重雾霾天或晴天的生物防护程度。
上述中，所述生物防护为针对于细菌和/或真菌的防护。
上述方法中，AQI小于100为晴天，AQI大于等于200为重雾霾天，100<＝AQI<200定义为轻度雾霾天。
上述确定环境为轻雾霾天、晴天还是重雾霾天可以根据如下至少一种判断：
1)根据环境颗粒物中化学成分判断，重雾霾天、轻雾霾天和晴天的环境颗粒物化学成分依次为重雾霾天>轻雾霾天>晴天；环境颗粒物化学成分由碳、水溶性无机离子和重金属离子组成；
2)根据环境颗粒物中生物成分判断，重雾霾天、轻雾霾天和晴天的颗粒物的细菌和/或真菌总含量依次为轻雾霾天>晴天>重雾霾天；
3)根据环境颗粒物中内毒素含量判断，重雾霾天、轻雾霾天和晴天的颗粒物的内毒素含量依次为重雾霾天>轻雾霾天>晴天；
4)根据待测环境的环境颗粒物粒径分布判断；重雾霾天0.5μm–1μm和1μm–3μm粒径所占百分比显著高于晴天；PM浓度在重雾霾天和轻雾霾天要显著高于晴天；
5)根据待测环境空气空气微生物中生物成分判断；重雾霾天、轻雾霾天和晴天的颗粒物的细菌和/或真菌浓度依次为轻雾霾天>晴天>重雾霾天。
上述5)种判别标准的检测方法为下述一种检测某个时间段中不同气候环境中待测环境中环境颗粒物的方法中的步骤。
本发明另一个目的是提供一种检测某个时间段中不同气候环境中待测环境中环境颗粒物的方法。
本发明提供的方法，包括如下步骤：
1)在某个时间段每天分别进行同一待测环境的环境颗粒物持续采样、待测环境的环境颗粒物粒径分布监测和待测环境空气微生物的采集，得到每天待测环境的环境颗粒物的采样膜、每天待测环境的环境颗粒物的粒径大小和浓度和每天待测环境空气微生物；
所述待测环境的环境颗粒物持续采样采用石英空气样本采样膜结合大流量空气样本采样器进行；
所述采样的流速为1000L/min，所述每天采样的时间为24小时；采样点选取周边无污染源的开阔地点作为采样地，采样点距离地面约1.5m。优选的是，选取距离地面1.5m作为采样点可以更好的模拟日常生活中人们更易吸入的颗粒物范围。优选的是，采样时间为不间断的24小时连续监控与采集，可以使收集到的数据更加符合实际情况。
所述待测环境的环境颗粒物粒径分布监测采用激光粒子计数器检测；使用激光粒子计数器进行PM粒子数目和粒径的监测。将PM按照如下粒径范围分为六个等级：0.3–0.5μm；0.5–1μm；1–3μm；3–5μm；5–10μm；>10μm。每隔5min采集一次数据。激光粒子计数器的采样流速为2.83L/min，采样时间为10s。
所述待测环境空气微生物的采集安德森六级采样器检测；使用安德森六级采样器进行可培养微生物的采集，采集流速为28.3L/min，使用哥伦比亚血琼脂培养基和沙子培养基分别进行细菌和真菌的采集。
哥伦比亚血琼脂培养基成分为：蛋白胨(23g/L)、淀粉(1g/L)、氯化钠(5g/L)、琼脂(10g/L)、5％无菌脱纤血。
沙子培养基成分为：蛋白胨(10g/L)、葡萄糖(40g/L)、琼脂(20g/L)。采样时间为35min。
每次采样结束使用75％酒精进行采样设备的消毒。安德森六级采样器分为六个采样等级：6级(0.65–1.1μm)；5级(1.1–2.1μm)；4级(2.1–3.3μm)；3级(3.3–4.7μm)；2级(4.7–7.0μm)；1级(>7.0μm)。
可培养细菌培养条件为37℃培养24-48h，可培养真菌的培养条件为25℃培养72h。可培养微生物气溶胶浓度的计算公式为：AC＝CN/(Qs·Ts)，CN为菌落数(CFU)，Qs为采样空气流速，Ts为采样持续时间。
2)对于1)得到的每天待测环境的环境颗粒物的采样膜、每天待测环境的环境颗粒物的粒径大小及浓度和每天待测环境空气微生物做如下检测：
A、将所述每天采样膜上收集的样本分别进行化学成分分析、生物组分分析、内毒素检测和动物实验，得到多天的环境颗粒物的化学成分、多天的环境颗粒物的生物成分、多天的环境颗粒物内毒素含量和多天的环境颗粒物对动物的危害度；
使用LAL试剂盒(Limulus amebocyte lysate，LAL)检测悬浮液中内毒素含量，此处检测的悬浮液与进行化学成分分析的液体一致，所有操作均按照产品说明书进行。
所述化学成分分析包括检测重金属和无机离子分析；使用离子色谱仪(IC,Dionex2100 for anions and Dionex 600for cations,USA)对以Hg、Pb、Cd、As和Cr为代表的重金属和以NO3 -、SO4 2-、Cl-、NH4 +、Mg2+、Na+、Ca2+和K+等为代表的无机离子进行分析。总有机碳浓度分析使用热光学透射法气溶胶碳分析仪。
所述生物组分分析包括检测采样膜的样本中的细菌和/或真菌相对丰度、细菌和/或真菌群落结构；使用MO-BIO PowerSoil DNA分离试剂盒，从每个石英采样膜样品中留取1/8进行细菌和真菌结构分析。使用荧光定量PCR(qPCR)对五个采样膜进行细菌和真菌相对丰度检测。细菌和真菌的群落结构分析，需要利用PCR技术对细菌16S rDNA基因的V1-V3区域和真菌rRNA操纵子的ITS区域进行扩增。
所述动物实验为检测采样膜的样本对动物机体的危害度；
B、根据每天待测环境的环境颗粒物的粒径大小及浓度得到每天环境颗粒物的不同粒径和各个粒径的浓度，记作不同粒径和不同粒径的浓度下的不同气候环境；
C、将每天所述待测环境空气微生物进行真菌培养和细菌培养，得到某个时间段中每天空气中真菌和细菌的浓度；
3)根据上述2)中的结果对应分析，得到处于特定粒径和特定粒径的浓度下的某天气候环境中环境颗粒物的化学成分、生物成分、内毒素含量和动物的危害度、空气中真菌和细菌的浓度；实现对处于不同粒径和不同粒径的浓度下的不同气候环境中环境颗粒物的检测。
优选的是，使用多种采样设备进行监测与采集，可以同时对多项环境颗粒物指标进行监测与分析。
本发明中所述的采样设备均为国际标准采样器。
上述方法中，所述某个时间段为5-7天。
本发明还提供了一种评价环境颗粒物危害性的方法，用上述检测某个时间段中不同气候环境中待测环境中环境颗粒物的方法，实现对处于不同粒径和不同粒径的浓度下的不同气候环境中环境颗粒物的检测，从而用于评价环境颗粒物危害性。
本发明第3个目的是提供一种某个时间段持续采样环境颗粒物的方法。
本发明提供的方法，包括如下步骤：在某个时间段每天分别进行同一待测环境的环境颗粒物持续采样；
所述待测环境的环境颗粒物持续采样采用石英空气样本采样膜结合大流量空气样本采样器进行；
所述采样的流速为1000L/min，所述每天采样的时间为24小时。
上述方法在评价某个时间段中不同气候环境中待测环境中环境颗粒物危害性中的应用也是本发明保护的范围。
上述用于环境颗粒物持续采样的物质、用于待测环境的环境颗粒物粒径分布监测的物质和用于待测环境空气微生物的采集的物质在制备评价环境颗粒物危害性中的应用也是本发明保护的范围。
上述用于环境颗粒物持续采样的物质、分析所述环境颗粒物中化学成分的物质、分析所述环境颗粒物中生物成分的物质、分析所述环境颗粒物中内毒素含量的物质、用于待测环境的环境颗粒物粒径分布监测的物质、用于待测环境空气微生物的采集的物质、检测所述空气微生物中生物成分的物质在制备评价环境颗粒物危害性产品中的应用也是本发明保护的范围。
本发明具有如下优点：
1)通过对不同自然条件下环境颗粒物进行24h不间断的监测与采集，使采集到的样品更加符合实际情况，掌握各个时期、各个天气、各个粒子粒径条件下优势病原占比；结合获取的数据信息和数学模型，揭示环境颗粒物空间分布规律，研究主要病原微生物气溶胶的自然衰亡与传播规律。本发明的检测方法可以持续监测生物危害，实现生物危害的对应防护。
2)本研究首次在重雾霾天、晴天和轻雾霾天连续出现的情况下在北京进行环境颗粒物样本的采集与生物化学成分分析，并结合动物实验对雾霾成分的机体损伤效应进行初步评估。研究发现，PM浓度及其化学成分与AQI值呈正相关，0.5μm–3μm粒径范围的颗粒物在雾霾天显著高于晴天。环境颗粒物细菌和真菌含量在轻雾霾天要高于晴天，在重雾霾天持续期间要低于晴天。内毒素含量在雾霾天高于晴天。大多数可培养细菌和真菌分布于安德森六级采样器的3级和4级(2.1–4.7μm)。雾霾成分滴鼻小鼠可导致其体重显著降低，部分生化指标显著变化，同时造成肺组织和气管病变。本研究为全面系统探索北京雾霾天环境颗粒物对人体损失效应提供了基础数据和技术支撑，并且结合生物与化学成分分析和动物危害评估实验，剖析环境空气颗粒物对人体健康状况的潜在影响。
本发明至少包括以上有益效果：本发明的其他优点、目标和特征将部分通过下面说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为采集地点附件雾霾天与晴天对比图。
图2为气象监测数据与PM2.5样本采集结果。
图3为不同采用时期化学成分相对浓度分布。
图4为不同采用时期生物成分相对浓度分布。
图5为细菌(A和B)和真菌(C和D)群落分布情况。
图6为本研究期间PM(>0.3μm)数量箱图及PM粒径分布图。
图7为细菌和真菌浓度和分级分布情况。
图8为雾霾环境颗粒物滴鼻对小鼠体重的影响。
图9为雾霾环境颗粒物滴鼻后小鼠血液生化指标变化情况。
图10为雾霾环境颗粒物滴鼻对小鼠肺组织病理影响(200倍照片)。
图11为环境颗粒物滴鼻对小鼠气管病理影响(400倍照片)。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中采用的部分仪器与耗材如下：大流量空气样本采样器购自北京华瑞核安有限公司；石英空气样本采样膜购自美国PALL公司；激光粒子计数器购自美国TSI公司；安德森六级采样器购自美国Tisch公司；哥伦比亚血琼脂培养基购自美国赛默飞世尔科技公司；沙子培养基购自北京索莱宝科技有限公司。
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1、雾霾天环境颗粒物采集与分析方法
(一)、雾霾天环境颗粒物采集
一、环境颗粒物样本采集与保存
1、环境颗粒物的持续采样
采集地在北京理工大学中关村校区(39°57′51.0″N；116°19′38.5″E)，采集区域为校园内开阔地，周边无污染源，采样点距离地面约2m。采用石英空气样本采样膜结合大流量空气样本采样器(Beijing Huarui Hean Technology Co.,Ltd.,China)，对PM2.5颗粒进行连续采样。采样流速为1000L/min，每天采样时间为24H，从每天早8:00到第二天7:00；采样时间段为2016年12月20日至25日(每23小时一张膜,图1)。每张空气样本采样膜在使用前，需要在500℃的高温烘炉(Muffle furnace)中烘烤48小时进行灭菌。PM2.5的质量浓度由采样前后采样膜的净重除以空气流量来估算。采样膜在进行后续实验前保存于-20℃避光。
2、气象监测数据获取与整理
需要记录的气象监测数据包括空气质量指数(AQI)、温度、相对湿度和风速，数据采集自中国天气网(http://www.weather.com.cn/weather/101010100.shtml)，数据每隔1小时记录一次。根据《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ633—2012)规定：AQI划分为0－50、51－100、101－150、151－200、201－300和大于300共六档，指数越大，级别越高，说明污染越严重，对人体健康的影响越明显。空气污染指数为0－50，空气质量级别为一级，空气质量状况属于优。空气污染指数为51-100，空气质量级别为二级，空气质量状况属于良。AQI为101-150，空气质量级别为三级，空气质量状况属于轻度污染。AQI为151-200，空气质量级别为四级，空气质量状况属于中度污染。AQI为201-300，空气质量级别为五级，空气质量状况属于重度污染。AQI大于300，空气质量级别为六级，空气质量状况属于严重污染。本研究中，将晴天定义为AQI小于100，雾霾天定义为AQI大于或等于100，其中，AQI大于等于200为重雾霾天，100<＝AQI<200定义为轻度雾霾天。
本研究时间跨度为2016年12月19日至26日，期间北京天气状况包括：重雾霾天(约51h,AQI>400)、晴天(约36h,AQI<50)以及轻度雾霾天(约48h,100<AQI<200)。采集地点附件天气情况实景图如图1所示。气象监测数据包括AQI值、温度、相对湿度和风速(见图2)。采集样本期间没有降雨情况出现。经过相关性分析，AQI与相对湿度存在显著性正相关关系(r＝0.91)；风速与AQI存在负相关关系(r＝-0.56)。以上结果表明更高的湿度和更低的风速更有利于大气污染物的聚集。
本次采样共收集到5张采样膜，编号为Filter-1至Filter-5，从图2中可知，Filter-1与Filter-2采集自重雾霾天气，Filter-3采集自晴天，Filter-4和Filter-5采集自轻度雾霾天。
根据采样膜采样前后质量变化情况，计算得出5个采样时期环境PM2.5质量浓度为301.3μg/m3、237.8μg/m3、20.1μg/m3、69.7μg/m3以及166.6μg/m3。
二、环境颗粒物样本的分析
1、环境颗粒物化学成分分析
收集上述一的5张采样膜上的样品(剪取的1/4采样膜，放入50ml离心管中，加入40ml超纯水，置于冰上，放入超声波洗涤仪中超声震荡20min，使颗粒物洗脱融入溶液)，使用离子色谱仪(IC,Dionex2100 for anions and Dionex 600 for cations,USA)对以Hg、Pb、Cd、As和Cr为代表的重金属和以NO3 -、SO4 2-、Cl-、NH4 +、Mg2+、Na+、Ca2+和K+等为代表的无机离子进行分析。
收集上述一的5张采样膜上的样品，总使用热光学透射法气溶胶碳分析仪分析有机碳浓度。
5张采样膜上样本的水溶性无机离子(Water-soluble inorganic ions，WSII)、重金属粒子以及总有机碳(Total organic carbon，TOC)浓度情况如图3和表1所示，可以看出：
水溶性无机离子包括NO3 -、Cl-、SO4 2-、NH4 +、K+、Na+、Mg2+以及Ca2+。在重雾霾天、晴天和轻雾霾天情况下水溶性无机离子总浓度分别为138.41、9.78和48.64μg/m3。附着与PM2.5的WSII在雾霾天要显著高于晴天。在重雾霾天、晴天和轻雾霾天情况下WSII所占百分比分别为83.7％、77.1％和65.2％。NO3 -、SO4 2-和NH4 +共占总WSII的71.9±9.7％。在重雾霾天和轻雾霾天NO3 -、SO4 2-和NH4 +的含量是晴天含量的16.8倍和5.9倍。
有机碳是PM2.5的重要组成成分，雾霾天的TOC浓度值比晴天要高，在重雾霾天、晴天和轻雾霾天情况下TOC值分别为26.9、5.2和14.4。但是，TOC占比值在晴天要高于雾霾天，在重雾霾天、晴天和轻雾霾天情况下TOC占比值分别为16.3、34.8和22.9。
在重雾霾天、晴天和轻雾霾天情况下重金属离子(Hg,Pb,Cd,As,and Cr)浓度分别为1.5、0.23和0.85μg/m3,占PM总量百分比分别为0.92％、1.56％和1.35％。
表1为不同采样膜化学成分分析结果(Fiter1-5为样品命名)
Figure BDA0002938966610000071
Figure BDA0002938966610000081
环境颗粒物化学成分由碳、水溶性无机离子和重金属离子组成，经过分析，上述结果表明，重雾霾天、轻雾霾天和晴天的环境颗粒物化学成分依次为重雾霾天>轻雾霾天>晴天。
2、环境颗粒物生物成分分析
1)细菌和真菌相对丰度
为了探究在不同AQI情况下，细菌和真菌总含量，从5张采样膜中提取DNA，以16SDNA和ITS为检测目标测定相对含量体现细菌和真菌总含量。具体如下：
使用MO-BIO PowerSoil DNA分离试剂盒(Carlsbad,CA,U.S.A.)，从每个石英采样膜样品中留取1/8进行细菌和真菌结构分析。其余使用荧光定量PCR(qPCR)对五个采样膜进行细菌和真菌相对丰度检测。qPCR引物见表2，反应体系和条件见表3和表4。
表2为细菌和真菌相对丰度检测qPCR引物
Figure BDA0002938966610000091
表3为荧光定量PCR反应体系
Figure BDA0002938966610000092
表4为荧光定量PCR反应条件
Figure BDA0002938966610000101
结果如图4B和图4C所示，16S DNA(B)和ITS(C)，可以看出，16S DNA和ITS在轻雾霾天含量最高，在重雾霾天含量最低。
表明，重雾霾天、轻雾霾天和晴天的颗粒物的细菌和/或真菌总含量依次为轻雾霾天>晴天>重雾霾天。
2)细菌和真菌群落结构
细菌和真菌的群落结构分析，需要利用PCR技术对细菌16S rDNA基因的V1-V3区域和真菌rRNA操纵子的ITS区域进行扩增(94℃ 5min,10个循环：94℃ 30s,60℃-55℃ 45s,72℃ for 90s,20个循环:94℃30 s,55℃ 45s，72℃ 90s,最后进行72℃延伸5min)。PCR引物信息见表5，反应体系如表6。
表5为细菌和真菌相对丰度检测PCR引物
Figure BDA0002938966610000102
表6为PCR反应体系
Figure BDA0002938966610000111
结果如图5所示，为5个采样膜细菌(A和B)和真菌(C和D)群落结构。细菌和真菌分别有22个属和18个属被检测到。除未分类细菌和真菌以外，占比最大的细菌属为Rubellimicrobium(8.07±4.00％)、Microbispora(6.78±0.48％)、Paracoccus(4.11±1.58％)和Skermanella(3.75±0.94％)。占比最大的真菌属为Alternaria(31.42±3.63％)、Cladosporium(18.48±2.66％)、Phoma(6.25±2.12％)和Aspergillus(4.71±3.06％)。
3)内毒素检测
使用LAL试剂盒(Limulus amebocytelysate，LAL)(Associates of Cape CodInc.,East Falmouth,MA)检测悬浮液(剪取的1/4采样膜，放入50ml离心管中，加入40ml超纯水，置于冰上，放入超声波洗涤仪中超声震荡20min，使颗粒物洗脱融入溶液)中内毒素含量，此处检测的悬浮液与进行化学成分分析的液体一致，所有操作均按照产品说明书进行。
空气样本内毒素浓度检测数据如图4A所示。内毒素浓度峰值出现在重雾霾天气，与晴天相比显著性升高。在重雾霾天、轻雾霾天和晴天情况下空气样本内毒素浓度分别为84.58、33.07和10.52EU/m3。
重雾霾天、轻雾霾天和晴天的颗粒物的内毒素含量依次为重雾霾天>轻雾霾天>晴天。
(二)、颗粒物粒径分布数据监测
使用激光粒子计数器(TSI,U.S.A.)对2016年12月20日至25日进行PM浓度、PM粒子粒径的监测。每隔5min采集一次数据。激光粒子计数器的采样流速为2.83L/min，采样时间为10s。
PM浓度结果如图6A所示，PM浓度在重雾霾天(936.6particles/cm3)和轻雾霾天(697.7particles/cm3)要显著高于晴天(87.5particles/cm3)10.7倍和8.0倍。
PM粒子粒径如图6B所示，雾霾天和晴天粒径分布情况。粒径小于3μm和1μm的颗粒物占总颗粒物数量的99.5％和89.0％。重雾霾天0.5μm–1μm和1μm–3μm粒径所占百分比(34.1％和9.7％)显著高于晴天(12.2％和1.4％)。
(三)、空气微生物的采集与培养
2016年12月20日至25日使用安德森六级采样器在北京理工大学中关村校区同时采样，采集流速为28.3L/min，采样时间为35min。每次采样结束使用75％酒精进行采样设备的消毒。使用哥伦比亚血琼脂培养基(CM0331TM，美国Thermo Fisher Science Inc.))和沙子培养基(S9710,Beijing Solarbio Science&Technology Co.,Ltd.,China)分别进行细菌和真菌的采集。可培养细菌培养条件为37℃培养24-48h，可培养真菌的培养条件为25℃培养72h。可培养微生物气溶胶浓度的计算公式为：AC＝CN/(Qs·Ts)，CN为菌落数(CFU)，Qs为采样空气流速，Ts为采样持续时间。
结果如图7所示，在2016年12月20日至24日期间，于中午前采集微生物样本。12月20日和21日为重雾霾天气，22日和23日为晴天，24日为轻雾霾天气。在整个研究期间，每天的细菌平均浓度分别为217.00CFU/m3、237.67CFU/m3、310.67CFU/m3、364.00CFU/m3和518.00CFU/m3(如图7A所示)。每天的真菌平均浓度分别为101.33CFU/m3、121.33CFU/m3、180CFU/m3、183.33CFU/m3和257.33CFU/m3(如图7C所示)。
结果表明，在不同天气情况下细菌和真菌浓度大小为：轻雾霾天>晴天>重雾霾天。细菌和真菌在颗粒物粒径分布方面存在相同规律(如图7B和7D)。大多数细菌和真菌分布于2.1-3.3mm粒子，在0.65-1.1mm粒径范围内最少。在2.1-3.3mm范围内细菌和真菌含量分别为32.7％和32.3％；在0.65-1.1mm范围内细菌和真菌含量分别为3.0％和2.1％。
重雾霾天、轻雾霾天和晴天的颗粒物的细菌和/或真菌浓度依次为轻雾霾天>晴天>重雾霾天；这与采样膜上细菌和真菌相对丰度分析结果一致。
(四)、PM2.5样本对小鼠危害评估
使用去离子水在50mL离心管中洗脱剪取的上述(一)获得的1/4采样膜，洗脱过程中将离心管置于冰上超声震荡20min，使膜上的颗粒物样品充分洗脱融入溶液，得到颗粒物洗脱液(PM2.5颗粒的浓度2.08g/ml)。
采取单因素实验设计，研究对象为6周龄BALB/C雌性小鼠。实验分组包括对照组和颗粒物组，每组设置10个重复。
对照组每日滴鼻50μl生理盐水，颗粒物组每日滴鼻50μl颗粒物洗脱液。2016年12月20日早8:00至21日早7:00间颗粒物浓度为301.3μg/m3，以本次采样计算所得重雾霾天气条件下颗粒物质量浓度为依据，以小鼠呼吸量为60mL/min计算，雾霾天小鼠吸入颗粒物质量为26.0μg，颗粒物组小鼠每日吸入的颗粒物质量为103.9μg，每日滴入小鼠鼻腔样品量约为小鼠呼吸4天总悬浮物空气的质量，试验处理持续14天(2周)，模拟持续呼吸56天(约2个月)总悬浮物空气的中长期暴露情况。
于每日09:00用电子天平对小鼠进行称重后记录体重根据试验期间每天记录的小鼠体重分析小鼠体重变化。试验第14天在每个组中随机选取5只小鼠采用尾静脉采血法采集小鼠足量血液用于血常规分析。采血后麻醉处死小鼠，解剖取肺部组织样品置于福尔马林溶液中，用于制作病理切片观察小鼠肺组织病理损伤。
采用美国BACKMA COHIFER A4680全自动生化分析仪及相关配套试剂分析测定小鼠血液中白细胞数目、淋巴细胞数目、中间细胞数目、中性粒细胞数目、淋巴细胞百分比、中间细胞百分比、中性粒细胞百分比、血小板分布宽度、血小板压积、大血小板细胞比率、红细胞数目、血红蛋白、红细胞压积、平均红细胞体积、平均红细胞血红蛋白含量、平均红细胞血红蛋白浓度、红细胞分布宽度变异系数、红细胞分布宽度标准差、血小板数目、平均血小板体积。
小鼠体重变化如图8所示，对照组小鼠体重稳步上升，而颗粒物滴鼻组小鼠的体重先剧烈下降，至第14天达到最低(下降20％)，在第14天，颗粒物滴鼻组小鼠的体重显著低于对照组(P<0.05)。
生化结果如图9可知，各处理组小鼠白细胞数目、淋巴细胞数目、中间细胞数目、中性粒细胞数目在颗粒组显著降低(P<0.05)；淋巴细胞百分比、中间细胞百分比、中性粒细胞百分比、血小板分布宽度、血小板压积、大血小板细胞比率、红细胞数目、血红蛋白、红细胞压积、平均红细胞体积、平均红细胞血红蛋白含量、平均红细胞血红蛋白浓度、红细胞分布宽度变异系数、红细胞分布宽度标准差、血小板数目、平均血小板体积无显著变化(P>0.05)。
病理切片结果如图10所示，肺组织切片肺脏均为200倍照片，1、N正常肺组织；2、3、7、8均可见肺泡隔炎细胞浸润及增厚；5、6、9、10均可见大量炎细胞浸润，累及肺泡隔和肺泡腔，炎细胞大多是淋巴细胞，未见中性粒细胞和巨噬细胞；对照组肺组织病理无明显变化，颗粒物滴鼻组小鼠第14天的肺组织病变明显，表现为肺泡隔炎细胞浸润及增厚、大量炎细胞浸润，累及肺泡隔和肺泡腔，炎细胞大多是淋巴细胞，未见中性粒细胞和巨噬细胞。
环境颗粒物滴鼻对小鼠气管病理影响(400倍照片)如图11所示，N正常：假复层纤毛柱状上皮结构完整清晰，粘膜下层未见炎细胞浸润；1号上皮受损，较少部分脱落，少部分移行为单层柱状上皮；2号上皮受损，较少部分脱落，少部分移行为单层柱状上皮；3号上皮受损，较少部分脱落，移行为单层立方上皮较多见；5、6、9、10上皮受损，大部分脱落，假复层纤毛柱状上皮大部分移行为单层柱状上皮或单层立方上皮；7、8上皮受损较轻，较少脱落，移行为单层柱状上皮。上皮受损即为脱落和纤毛缺失，均未见明显炎细胞浸润，看不出磷酸化。箭头标注：1正常假复层纤毛柱状上皮；2上皮移行为单层柱状纤毛上皮伴脱落缺损；3上皮细胞变性坏死。对照组气管病理无明显变化，颗粒物滴鼻组小鼠第14天的气管病变明显，表现为上皮细胞变性坏死且部分脱落，出现少部分移行为单层柱状上皮，移行为单层立方上皮较多见，均未见明显炎细胞浸润，无磷酸化现象。
研究结果发现，细菌和/或真菌的含量/浓度遵循以下规律：轻雾霾天>晴天>重雾霾天，这对于针对性防治和研究工作提供了一个新的方向。
因此，可以通过检测未来几天是否为轻雾霾天、晴天或重雾霾天，来进行相应的生物防护，
轻雾霾天的生物防护程度大于晴天的生物防护程度；晴天的生物防护程度大于重雾霾天的生物防护程度。
上述生物防护为针对于细菌和/或真菌的防护。

Claims (9)

1.一种雾霾天进行生物防护的方法，包括如下步骤：先确定环境为轻雾霾天、晴天还是重雾霾天，再按照如下进行防护：轻雾霾天的生物防护程度大于重雾霾天或晴天的生物防护程度。
2.检测某个时间段的环境为轻雾霾天、晴天还是重雾霾天在指导公众进行生物防护中的应用；
或，检测某个时间段的环境为轻雾霾天、晴天还是重雾霾天的物质在制备指导公众进行生物防护产品中的应用；
所述指导公众进行生物防护为所述某个时间段为轻雾霾天的生物防护程度大于某个时间段为重雾霾天或晴天的生物防护程度。
3.根据权利要求1所述的方法或权利要求2所述的应用，其特征在于：所述生物防护为针对于细菌和/或真菌的防护。
4.一种检测某个时间段中不同气候环境中待测环境中环境颗粒物的方法，包括如下步骤：
1)在某个时间段每天分别进行同一待测环境的环境颗粒物持续采样、待测环境的环境颗粒物粒径分布监测和待测环境空气微生物的采集，得到每天待测环境的环境颗粒物的采样膜、每天待测环境的环境颗粒物的粒径大小和浓度和每天待测环境空气微生物；
所述待测环境的环境颗粒物持续采样采用石英空气样本采样膜结合大流量空气样本采样器进行；
所述采样的流速为1000L/min，所述每天采样的时间为24小时；
所述待测环境的环境颗粒物粒径分布监测采用激光粒子计数器检测；
所述待测环境空气微生物的采集安德森六级采样器检测；
2)对于1)得到的每天待测环境的环境颗粒物的采样膜、每天待测环境的环境颗粒物的粒径大小及浓度和每天待测环境空气微生物做如下检测：
A、将所述每天采样膜上收集的样本分别进行化学成分分析、生物组分分析、内毒素检测和动物实验，得到多天的环境颗粒物的化学成分、多天的环境颗粒物的生物成分、多天的环境颗粒物内毒素含量和多天的环境颗粒物对动物的危害度；
所述化学成分分析包括检测重金属和无机离子分析；
所述生物组分分析包括检测采样膜的样本中的细菌和/或真菌相对丰度、细菌和/或真菌群落结构；
所述动物实验为检测采样膜的样本对动物机体的危害度；
B、根据每天待测环境的环境颗粒物的粒径大小及浓度得到每天环境颗粒物的不同粒径和各个粒径的浓度，记作不同粒径和不同粒径的浓度下的不同气候环境；
C、将每天所述待测环境空气微生物进行真菌培养和细菌培养，得到某个时间段中每天空气中真菌和细菌的浓度；
3)根据上述2)中的结果对应分析，得到处于特定粒径和特定粒径的浓度下的某天气候环境中环境颗粒物的化学成分、生物成分、内毒素含量和动物的危害度、空气中真菌和细菌的浓度；实现对处于不同粒径和不同粒径的浓度下的不同气候环境中环境颗粒物的检测。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：。
所述某个时间段为5-7天。
6.一种某个时间段持续采样环境颗粒物的方法，包括如下步骤：在某个时间段每天分别进行同一待测环境的环境颗粒物持续采样；
所述待测环境的环境颗粒物持续采样采用石英空气样本采样膜结合大流量空气样本采样器进行；
所述采样的流速为1000L/min，所述每天采样的时间为24小时。
7.权利要求4或5所述的方法在评价某个时间段中不同气候环境中待测环境中环境颗粒物危害性中的应用。
8.用于环境颗粒物持续采样的物质、用于待测环境的环境颗粒物粒径分布监测的物质和用于待测环境空气微生物的采集的物质在制备评价环境颗粒物危害性中的应用。
9.用于环境颗粒物持续采样的物质、分析所述环境颗粒物中化学成分的物质、分析所述环境颗粒物中生物成分的物质、分析所述环境颗粒物中内毒素含量的物质、用于待测环境的环境颗粒物粒径分布监测的物质、用于待测环境空气微生物的采集的物质、检测所述空气微生物中生物成分的物质在制备评价环境颗粒物危害性产品中的应用。
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