论文部分内容阅读
细菌气溶胶作为有效云凝结核与冰核可以在大气物理与化学过程和气象过程中起重要作用。本研究依据Vali均匀液滴冻结实验的原理，采用改进的液滴冻结仪，测试了当前已被确定含有冰核活性菌的3个菌属即假单胞菌属(Pseudomonas)、欧文氏菌属(Erwinia)和黄单胞菌属(Xanthomonas)的代表性标准菌株(P.fluorescen，E.uredovora，X.campestris和P.syringaepv.panici)，和被证实具有冰核活性的细菌菌株(P.syringaepv.lachrymans)的菌悬液液滴的冻结温度，以及大气典型污染物(硫酸铵；一元羧酸(MCA)：甲酸和乙酸钠；二元羧酸(DCA)：乙二酸和丙二酸)与不同浓度的细菌菌液冰核活性细菌P.syringaepv.lachrymans(PS))和非活性冰核细菌(P.syringaepv.panici(PS0))混合作用下的冻结活性。 结果显示：所测试的目前国际公认的冰核活性细菌属的标准菌株P.syringaepv.panici，P.fluorescen，E.uredovora，和X.campestris并不具备冰核活性，被测细菌菌悬液(OD600=0.25，数浓度108cells/mL)的液滴冻结温度分别是-20.3±2.3℃，-21.8±2.3℃，-20.8±3.4℃和-19.9±3.3℃，与超纯水液滴的冻结温度-20.8±2.7℃差异不大；而相同浓度下，P.syringaepv.lachrymans菌株的冻结温度是-5.0±0.8℃，具有显著的冰核活性。且同种菌OD600=0.4菌液液滴的冻结温度几乎与OD600=0.25的没有明显差异，冻结温度对绝对数浓度的微小变异不敏感。冰核细菌P.syringaepv.lachryman菌液液滴平均冻结温度随着菌悬液浓度梯度降低的变化特征表明，当菌液浓度低于103cells/mL时，菌液液滴冻结温度明显降低，当菌液浓度低于104cells/mL时，菌液液滴与无冰核活性的液滴冻结温度接近。不同浓度的MCA/DCA(50，75，100μmol/L)和硫酸铵(100，200，300，400μmol/L)溶液液滴的平均冻结温度范围在-17.0～-20.0℃，相比超纯水液滴的冻结温度，典型大气污染物的加入并未显著提升超纯水液滴的冻结温度，而且污染物溶液浓度的改变对冻结温度没有表现出明显的规律性。冰核细菌PS和非活性冰核细菌：pS菌液与大气主要污染物(乙酸钠、乙二酸和硫酸铵)混合液的液滴冻结温度测试结果发现：这些污染物质不同程度降低了细菌PS与pS0菌液的冻结温度，即使PS在较低浓度下也可促进大气主要污染物乙酸钠的冻结核活性，提高其冻结温度；当浓度增至106cells/mL时，则能显著改变污染物质的冻结核活性；但未发现PS0有此特性。复合污染物溶液浓度接近当前大气污染水平时，对冰核细菌PS和较高浓度级数(106cells/mL)的PS0的冻结核活性都显示出了促进效应，表明在当前大气环境条件下，细菌气溶胶确实有可能影响降水过程和气候变化。冰核活性细菌与非活性冰核细菌混合后，只有当冰核细菌浓度级数达到106cells/mL时，在混合液中才可表现出高效冰核活性。冰核细菌的浓度值是影响其活性的重要因素，使其在溶液中显示高效冰核活性的菌浓度阈值级数是106cells/mL。 本研究采集了中国东部从北到南不同生态类型典型地点大气降水样品，冻结温度的测试结果显示大多数样品液滴在-14～-16℃范围冻结，只有海拉尔草原地区的雨水样品冻结温度在-10℃以上，存在具有冰核活性的微生物，但可能并非是细菌冰核，有待通过进一步的16sRNA鉴定其生物种类。不同采样点大气降水的冻结温度测试结果的对比表明，下垫面生态系统类型和大气污染状况可能影响大气冰核核化过程。 本研究模拟了典型大气污染条件下冰核细菌的浸润核化活性，对大气真实环境中冰核异质核化的研究提供了实验基础，对于人工影响天气过程中，人工冰核的选择和配比方法优化，以及对于我们进一步了解生物气溶胶在全球气候变化过程中的作用都具有重要的科学意义。