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首都博物馆内空气微生物种属调查
来源:中国文物学会     作者:中国文物学会     日期:2013年04月13日     浏览:5081
本文首次对首都博物馆内三个功能区展厅、办公区和文物库空气微生物分别取样。统计了不同微生物包括细菌、真菌和放线菌浓度与时间、地点和高度的关系。选取浓度相对较大的细菌和真菌的优势菌做了种属鉴定。经统计分析微生物浓度依次为细菌大于真菌大于放线菌,办公区大于展厅大于库房,采样时间和高度与人员的流动频率密切相关。根据优势菌株鉴定结果可知,28株细菌和23株真菌均属空气中常见菌,相对安全。以上对了解博物馆空气质量、保证人员和文物安全提供科学依据。

空气微生物是大气污染物之一,自1861 年巴斯德首次获取空气微生物、1881 年柯赫用沉降法(平皿暴露) 测定其含量至今已近150年的时间①②。随着科技的进步及人类认识水平的提高,空气微生物的研究获得了长足的发展。细菌和真菌等空气微生物是室内空气质量的重要参数之一,常吸附在悬浮颗粒物上,可导致人类和动植物某些疾病的发生与传播,且常与环境的其他污染物协同作用,易滋生繁殖而污染空气,致使环境恶化,空气质量降低③④⑤,目前已经成为重要的公共环境卫生问题,在美、日、德、法等国家是人们最为关注的课题之一。空气微生物数量随人类活动,分布也有很大变化⑥,人员集中或流动性大的区域,空气微生物含量较高,空气质量较差。室内空气微生物污染可引起人们出现眼刺激感、哮喘、过敏性皮炎、过敏性肺炎和传染性疾病,重者甚至导致死亡。博物馆集参观、购物、休闲、娱乐、餐饮、文物存放展览为一体,功能较为复杂,人员年龄和身体状况不一,文物保存条件苛刻,因此博物馆应该营造一个舒适健康的环境,不仅保护公众健康,而且有利于文物保存展览。采用微生物学方法检测首都博物馆内空气微生物的时空浓度变化,进一步了解馆内空气污染现状,对于防止呼吸道疾病的传播,保护观众、工作人员身体健康和文物安全具有重要的现实意义。

1.1仪器及材料

Thermo Scentifid 1358 型生物安全柜,Eppendorf centrifuge 5810R型离心机, 3M Climacell 222恒温恒湿培养箱,3M VEN222型干燥箱,SANYO MLS-3750 型灭菌锅,Innova 43/43R摇床,IKA MS 3 basic 型旋涡混合仪,PE 9600型扩增仪等。采用北京先能技术开发责任有限公司生产的JWL-IIC型撞击式多功能空气微生物检测仪进行测定。按照国标GB/T 18883-2002中室内空气微生物检验方法执行,采样时调节取样器空气流量为20L/min,把空气中带菌粒子按大小种类不同分别捕获在各级培养皿上,空气细菌、真菌和放线菌的采样时间均为5min。

1.2采样时间和地点

针对首都博物馆选取3个不同的功能区——展厅(A)、地下文物库房(B)和办公区(C),于2010年3月份取样。展厅采样地点从地下一到六层,每层一个展厅,每个展厅采样分布5点,每点平行三份。地下文物库房选取两个分别是有机质书画和无机质金属库房,办公区采样从一层至六层楼道,每层三个点,每点三个重复。采样时间分别在9: 00, 13: 00 和17: 00。采样高度为人呼吸带,距离地面1m处。

1.3采样方法和培养方法

采用微生物采样仪专用一次性培养皿,在无菌的条件下每个皿中加入4.3ml的培养基。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基,放线菌采用高氏一号培养基,在37℃培养箱内培养48h;真菌采样用查氏培养基,在28℃培养箱内培养72h;然后分别在各级采样皿上进行菌落记数。根据各级空气微生物的粒子数量,利用公式计算空气微生物的浓度。

1.4 微生物鉴定方法

细菌挑取优势单菌落,分离纯化后进行革兰氏染色,用显微镜鉴定细菌的类型,生理生化检验细菌的特征,最后用分子生物学进一步鉴定,引物为:5’-AGA GTT TGATCC TGG CTCAG-3’下游引物:5’-GGT TAC CTT GTTACG ACT T-3’;真菌的鉴定用显微镜观察孢子囊和菌丝形态,结合分子生物学鉴定到属,真菌引物:ITS1 5’- TCC GTA GGT GAA CCT GCG G-3’,ITS4 5’-TCC TCC GCT TAT TGA TAT GC-3’,引物均由上海生工合成。

2.1 空气微生物群落变化特征

2.1.1 空气细菌的浓度变化

同一功能区不同高度细菌的浓度有变化。文物库房在地下二层,不涉及楼层高低,功能区包括首都博物馆办公区和展厅,统计结果见图1。红色柱状是办公区的1-4层,蓝色为展厅的1-4层。办公区的细菌浓度明显高于展厅,分析原因可能是因为办公区空间小、人员多、办公环境相对集中,空气流动大。办公区一层浓度最大(903 CFU/m3),是因为此处为所有工作人员进入办公区的必经之地,进入办公区后人员分流到不同楼层,由一层到三层细菌浓度减小,这符合自然规律。四层浓度相对有提高(640 CFU/m3),是因为四层为馆内职能层,人事、馆办、会议室等职能部门全设在四层,人员流动相对较高。展厅细菌浓度相对较小(36~71CFU/m3),一方面是空间比较大,二是首博为新建馆,设备先进,中央空调新风循环控制好、三是面临长安街,周围绿化、空气洁净度也高,馆内展厅细菌浓度低,适合观众参观,楼层高度对细菌浓度的影响较小。

同一功能区同一高度不同时间细菌的分布特征。对三个功能区分三个时间段分别采样(9:00,13:00,17:00),统计结果见图2。从柱状图看,除库房外,各功能区细菌在不同时间浓度不同。就办公区而言,上午8:30~9:00是工作人员陆续陆续到单位上班时间,流动大、细菌浓度高(940 CFU/m3)。中午13:00为休息时间人员流动相对回落(250 CFU/m3),下午17:00为下班时间,人员陆续离开办公区,细菌浓度有回升(350 CFU/m3)。展厅上午9:00开馆,观众相对较少,细菌浓度较低(92 CFU/m3);到中午13:00观众增至最多,细菌浓度增至最大(132 CFU/m3);下午16:30闭馆,17:00细菌浓度有所回落。文物库房在地下二层,在无文物搬运时基本没有人员流动,环境温湿度也没有变化,细菌浓度基本保持不变。

2.1.2 空气真菌的浓度变化

同一功能区不同高度真菌浓度的分布也有区别,统计结果见图3。办公区不同楼层真菌浓度从1层到四层依次减少,一层浓度最高(290 CFU/m3),四层浓度最低(153 CFU/m3)。展厅不同楼层细菌浓度,相对办公区浓度低,楼层之间变化不大,无规律性。

同一功能区同一高度不同时间段真菌浓度的分布特征,时间分布为9:00、13:00、17:00,见图4。展厅一天内不同时间段真菌的浓度从分布来看,中午真菌浓度最高,下午有回落,但还是高于上午时的浓度。这和人员流动情况成正比。办公区真菌浓度由上午到下午依次递减。库房一天不同时间真菌浓度低、变化幅度相对较小。

2.1.3 空气放线菌浓度特征

同一功能区不同高度放线菌的分布也有区别,统计结果见图5。办公区不同楼层放线菌浓度,变化规律与细菌相同,一层浓度最高(540 CFU/m3)。展厅不同楼层放线菌浓度,相对办公区浓度低,楼层之间变化不大,无规律性。同一功能同一高度不同时间放线菌的分布特征,统计结果见图6。办公区上午放线菌浓度达到435 CFU/m3,其余时间以及库房和展厅全天浓度都很低,最低为17CFU/m3,放线菌浓度较低。

2.2 空气微生物优势菌群的鉴定

细菌和真菌在空气中的含量相对较高,为了进一步确定菌落的种属,挑取优势生长菌株接种于分离纯化培养基上进行纯化培养。并将纯化后菌株接种于试管斜面保藏培养基上,4℃保藏,以作鉴定用。

2.2.1 空气中优势细菌的鉴定

本实验根据菌落的固体培养形态、颜色和革兰氏染色法共分离出菌群59株,革兰氏染色表明阳性菌明显多于革兰氏阴性菌,阳性菌约占89%,阴性菌约占11%。球菌比例略高于杆菌,约占三分之二。部分菌株的单菌落和革兰氏染色后的显微形态(放大倍数10×100)见图7。从中挑选28株优势细菌进一步分析,提取全细菌基因组,应用16S rDNA 通用引物进行PCR扩增。获得的产物经过测序后,进行序列同源性分析。对28株细菌的16S rDNA 序列与Genbank 中已知序列对比,依据比对结果(见表1),鉴定出的细菌以杆菌和微球菌为主,其中微球菌类10株,杆菌和芽孢杆菌共10株,考克氏菌5株,假单胞菌3株。鉴定出所有菌与已知菌的同源性均在99%以上,且大多为条件致病菌,结合文献可以看出,不同地点空气细菌的优势菌群基本相同,微球菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属为空气细菌优势属。同时也分离得到了克考氏菌属,经查阅文献,这种细菌在空气微生物中分布很少。这些菌在正常条件下不能够导致传染类疾病的发生,对观众和工作人员安全。

2.2.2 空气中优势真菌的鉴定⑦

分离纯化出真菌的优势菌群54株,其中有34株用显微形态和分子生物学方法鉴定到属。显微形态采用载片培养法,部分真菌菌丝形态见图8;分子生物学方法用ITS1 和ITS4 为测序引物,将真菌PCR产物送公司进行双向测序并将得到的单向序列进行拼接,获得了500-600bp的ITS序列,并与Genbank中的同源性最高的真菌ITS序列进行聚树分析。由鉴定结果可知,90%以上为青霉属中不同种,曲霉属和枝孢霉属次之,分别占3-5%。

1、首次对首都博物馆内环境微生物采样并分别统计分析,了解空气微生物的空间浓度分布,对进一步研究微生物对文物的影响提供可靠的的基础数据。

2、首次对首都博物馆内环境微生物中的细菌、真菌和放线菌的浓度分布进行研究,对比三个功能区在不同时间、不同高度浓度的变化规律。由分析结果可知,影响微生物浓度变化的主要因素是人员流动的频率,流动越频繁、浓度越高。办公区在上下班高峰时间、展厅观众人数较多时间段微生物的浓度相对较高,库房在无文物搬运时人员流动最小,浓度最低。微生物浓度由库房到展厅再到办公区依次升高,其中细菌浓度最高、真菌次之,放线菌最低。但浓度均符合室内公共场所微生物安全标准,大大低于该标准,对人和文物安全。

3、对首都博物馆内环境微生物中含量相对较高的细菌、真菌分别选取优势菌株进行分离鉴定。采用形态学和分子生物学相结合的方法较为准确的分析了28株细菌和23株真菌的种属,其中细菌主要以杆菌和微球菌为主占70%以上。真菌以青霉属为主,约占90%,鉴定出的菌与已知菌的同源性均在99%以上,且大多数为条件致病菌,这些菌在正常条件下不能导致传染类疾病的发生,对观众和工作人员安全。

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