校园空气微生物的检测与防控

1、校园空气微生物的检测与防控侯秋昊，胡昊泽，杨泽海（上海市上海中学高二9班，百色路989号，200231）摘要：空气微生物对人的身体健康的影响不容小觑。在空气质量日益下降的今天，一个好的校园环境无疑为师生提供了一个良好的身心环境。在先前的课题研究中，各地的校园中空气微生物污染情况较为严重。上海市近年来的空气质量也有明显下降，雾霾天等天气影响着人们的日常社会活动。对于校园里的师生，由于校园环境相对较好，且先前实验受地点和检测方式的制约，因而我们采取了新的思路对校园空气微生物的检测与防控展开了研究。关键词：校园环境；空气微生物；检测；防控一、实验目的和原理1.同类课题的研究启示 在之前的调查中，我们

2、发现空气微生物污染的严重性以及前期对于校园空气微生物的相关调查。由于其设备和检测方式的局限性，我们对于前期的测量结果产生了一定的质疑。以下摘录的是部分论文内容摘要。采用沉降平板法 ,选用牛肉膏培养基与察贝克培养基 (czpekmedium) ,分别在夏季与冬季检测了校园不同环境中空气污染细菌与霉菌的含量。结果表明 :校园不同环境的空气污染微生物类群与数量随季节的变化而变化。学生寝室、学生食堂、校区餐厅以及网吧的空气中污染微生物以细菌为主。其中 ,在冬季的细菌平均含菌量为 91 4 7.6 7个 /m3 空气 ,而以女生寝室的含菌量最高 ,达到 2 1 5 4 6个 /m3 空气 ,超出卫生标准

3、的 3.1倍 ;在夏季时 ,细菌的平均含菌量为 1 0 6 6 1 .75个 /m3 空气 ,而以校园餐厅的含菌量最高 ,达到 4 35 1 1个 /m3 ,超出卫生标准的 6 .9倍。校图书馆、电影院、学生寝室及餐厅中的霉菌含量较多。其中 ,在冬季的霉菌平均含菌量为 5 6 8.4 4个 /m3 空气 ,以女生寝室的含菌量最高 ,84 6个 /m3 ;在夏季的霉菌含菌量为 85 5 .88个 /m3 ,最高时为 1 6 6 5个 /m3 ,这是由于卫生条件差 ,居室狭小 ,人口拥挤 ,空气潮湿 ,通风不良等因素造成的。1采用自然沉降法对西安工程大学校园内的学生公寓、食堂、教室等具有代表性的1

4、0个不同功能区域空气中微生物进行了监测与分析.结果表明,除食堂和女生公寓外;男生公寓和教室空气中微生物总数最多,分别达到1.4×104cfu/m3和1.1×104cfu/m3;绿化区和图书馆空气中微生物总数最少,分别为1.7×103cfu/m3和1.9×103cfu/m3,为清洁;空气微生物含量不仅与地面人类活动关系密切,而且还与天气变化、风力大小、气流和植被等有关.通过了解校园空气微生物的污染情况,提出相应的措施以改进校园内的空气质量状况。2鉴于我校校园环境比较理想，但几年来空气污染情况比较严重，我们将焦点放在校园空气微生物的再研究上。2.实验目的通过

5、掌握空气微生物的分布特征以及分析空气中各种微生物分布的影响因素，课题试图找到影响室内外环境中空气微生物含量的变量，提出具体的环境细菌菌落控制方法，减少空气微生物传播疾病的发生。二、实验材料与方法1.实验材料1.1空气采样空气（28.3L/min，27min）六级撞击式空气微生物检测仪平皿与营养琼脂1.2微生物培养生物安全柜生化培养箱小牛血清（供培养留种）-80低温冰箱1.3观察与分析光学显微镜（实时成像）ATB梅里埃自动细菌鉴定仪 2.实验的基本原理与方法2.1采样2.1.1采样原理2.1.2采样方法根据公共场所空气微生物检验方法（GB/T182041-2000）将采样器置于空气中，规定距地面

6、高度0.8m处。采样27分钟，捕获的粒子收集在六级培养皿中。采样器每级中可放置一个装有琼脂培养基的培养皿，用于收集采样空气中的微生物粒子，微生物粒子会随气流的撞击留在培养基上。随后培养皿可以取出，进行培养后，用菌落计算公式计算。Andersen采样器无论物理尺寸、形状或密度上都可以真实模拟人类肺部的沉积情况采集所有微粒。2.2培养 将平皿置于生化培养箱中（37，48h）2.3留种将平皿上相似的菌落留种，培育在经高温灭菌的牛奶或小牛血清中，再分别留种2个，在低温冰箱中保存（-80）2.4再培养 当留种统一完成后，对上述菌种再培育，在平板上种植后，再次放入生化培养箱中（37，48h）2.5分析、染

7、色与初步鉴定2.5.1革兰氏染色法鉴别（1）载玻片固定。在无菌操作条件下，用接种环挑取少量细菌于干净的载玻片上涂布均匀，在火焰上加热以杀死菌种并使其粘附固定。（2）草酸铵结晶紫染1分钟。（3）自来水冲洗，去掉浮色。（4) 用碘-碘化钾溶液媒染1分钟，倾去多余溶液。（5）用中性脱色剂如乙醇（95%）或丙酮酸脱色30秒，革兰氏阳性菌不被褪色而呈紫色，革兰氏阴性菌被褪色而呈无色。酒精脱色为整个流程最关键的一步。（6）用蕃红染液或者沙黄复染30秒，革兰氏阳性菌仍呈紫色，革兰氏阴性菌则呈现红色。革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌即被区别开。2.5.2 ATB梅里埃自动细菌鉴定仪   仪器由硬

8、件及软件两部分组成，硬件包括PHOENIXTM 主机及Crystal Spec 比浊仪，软件包括BD XPert TM微生物学专家系统和BD EpiCenter TM微生物实验室专业数据管理系统。鉴定试验采用BD专利荧光增强原理与传统酶、底物生化呈色反应结合的原理，根据BD微生物产品部（BDMS）长达70年的微生物鉴定专家数据库信息设计鉴定反应最佳组合，使鉴定试验加快速、灵敏、准确；药敏试验采用传统比浊法（Turbidity）和BD专利呈色（Chromogenic）反应双重标准进行药敏试验结果判断，使药敏报告更加准确快速。使

9、用时将菌种种植于规定位置，经扫描鉴定即可得出结果。三、结果与分析1.实验数据情况（摘录）时间学校地点湿度温度天气总数ABCDEFGHIJKL2014.9.1华育教室75%29小雨119683904114020002014.9.1华育操场75%29小雨872142142404000002014.9.1华育食堂75%29小雨1706782132005100002014.9.9华育厕所61%28多云861935410740133002014.9.9华育操场61%28多云1073338171204073112014.9.9华育教室61%28多云3991460313030002014.9.9华育食堂61

10、%28多云1255245102007054002014.9.23上中教室95%26中雨23517637164010010002014.9.23上中厕所95%26中雨1751101000000002.分析变量情况地点场所温度天气上中操场华育食堂交大教室厕所【变量1：场所】不同场所的空气微生物数量各异。其具体情况如下：场所平均值教室152.8操场128.0厕所137.3食堂179.0在实验过程中，我们发现，食堂的空气微生物数量最高，甚至比厕所的数量更大。在进一步的实验探究中，我们对食堂的防控情况进行了进一步的讨论。经分析我们发现，食堂微生物数量居高不下的主要原因是其人流量大、通风情况不佳。同样地、

11、这也是其他场所微生物数量较高的原因。为了改善其空气微生物数量的情况，我们从以下两方面进行讨论分析。1.人为改进：适当增加窗户数量，保证通风窗在用餐时间长开；减少人流量，避免过多人同时用餐，分散人流。2.技术改进：增设紫外线杀菌仪，在打扫时适当喷洒杀菌药水等。【变量2：气温】说明：与天气相关的变量经实验发现气温与之关系最大，下以教室为例说明之。2014.9-2014.11教室空气微生物菌落数与温度的关系在实验过程中，我们发现，校园空气微生物数量与温度成正相关性（温度越高，空气微生物菌落数越大）；且微生物数量在28附近达峰值。 为了进一步论证我们实验的准确性，我们重复了多次平行实验，都得出接近的结

12、果，即28附近取到最大值。2014.9-2014.11食堂空气微生物菌落数与温度的关系为了改善28附近空气微生物数量的数量，我们提出：28附近对空气微生物数量的滋长起促进作用，生活中应控制该温度的空气微生物数量。【变量3：地点】地点平均值上中141华育128交大267为了更好地说明不同地点不同场所的空气微生物数量多少有其必然性，我们对上中、华育、交大三所学校的空气情况进行了采集并分析。分析：华育、上中两所学校校园黄精较好，绿化率高，人流量相对小，因而空气质量更优。而交大的校园较大，同时人流量也较大，故空气微生物数量较大。为了减少一个学校的空气微生物数量，我们提出，在校园人流量不可控的情况下，除

13、了定期清扫之外，增加绿色植被的数量也是必不可少的。3.实验结果鉴定鉴定名准确度A玫瑰色库克菌98.90%B表皮葡萄球菌93.30%C×霉菌【不在鉴定范围内】/D【无法鉴定】/E土壤短芽孢杆菌69.50%F里拉微球菌93.90%G×霉菌【不在鉴定范围内】/H里拉微球菌50%I×霉菌【不在鉴定范围内】/J表皮葡萄球菌86%K解证粉芽孢99.10%L巨大芽孢杆菌99.80%四、讨论1.空气微生物对健康的危害 大多数人每天90%的时间在室内度过，加之，空调设备的推广普及，致使室内环境更加封闭，室内空气污染对人体健康的威胁日益增加。室内空气微生物中含有非常危险的病

14、原微生物且其数量多于室外，有些空气微生物还可以分泌一些对身体有害的毒素物质，如霉菌毒素。流行病学研究指出空气中过高浓度的微生物可以作为过敏原，甚至某些微生物即使浓度较低时，也能引起严重的疾病。 很多传染性病原体通过飞沫传播，眼睛和鼻子最易直受到传染性飞沫的侵袭。如，流行性感冒、麻疹、出血热、腮腺炎、水痘、肺炎、结核等传染性疾病均可通过空气飞沫传播病原体。有研究证明，一个小的喷嚏可以产生数以万计的生物气溶胶颗粒，悬浮在空气中，其中很多气溶胶都包含有活力的微生物；一个咳嗽产生的气溶胶颗粒数是一个喷嚏的百分之一，但是咳嗽的发生频率是喷嚏的十倍或者更多，所以咳嗽造成的空气污染也不容忽视；交谈

15、产生的气溶胶数量几乎可以忽略，但是大喊大叫和唱歌却可以通过气溶胶传播传染病。 室内空气细菌中有些是致病菌和条件致病菌，在人体免疫力较低时容易引起呼吸道类疾病，例如莫拉克氏菌属,能够引起健康儿童和老年人的上呼吸道感染，引起成年人的下呼吸道感染如肺炎、心内膜炎、败血症和脑膜炎。   室内的真菌对健康十分有害，很多真菌和放线菌孢子是非传染性的病原体，它们可引起呼吸道感染、过敏反应、毒性反应等，如外源性变应性肺泡炎（EAA）、过敏性肺炎（HP）。以丝状真菌为例，空气中的丝状真菌会引起呼吸道感染，并可加重哮喘的症状。有报道指出30%的人类健康问题与室内空气质量有关，这主要是

16、因为人体受到空气中霉菌的影响，人体呼吸道粘膜受到真菌刺激可引发有害建筑综合症（SBS），其主要表现为疲劳、头疼、眩晕、注意力不集中、记忆力减退、工作能力下降、皮肤病、呼吸系统疾病，甚至诱发癌症；尤其在湿热的、带有通风和空调的房间，真菌对健康的不良影响更加显著。3 2.实验具体过程摘要【实验计划】第一步：采样。采集不同区域空气在各个时间段的微生物数量。（5月中旬完成）主要计划研究如下几个场所一、校园生活部分教学楼、寝室、食堂、图书馆、校内杉树林二、社会生活部分公交车站、商店、高架路旁、室外广场、室外绿地注：研究对象分为校园和社会两部分，鉴于对各采样点空气中微生物含量情况并不了解，实验将在采样之前

17、进行预实验，以选出较有代表意义的几处采样点进行进一步分析与研究。第二步：分析。分析采样空气中的微生物的种类。（11月底完成）一、对上述采集的空气成分进行具体分析。测定其中主要微生物种类及数量，进行对不同场所细菌数量的横向比较，再对同一场所不同时间中的细菌数量进行纵向比较。二、试图总结出细菌（尤其是致病菌）的生长条件及喜、厌的生活条件，提出可控的抑菌范围及方式。第三步：除菌。提出不同场所除菌的可行方案并进行尝试。分析实验数据，得到可行的解决方案。（次年4月底完成）1. 校园生活部分：“治”为主。如在菌种数量高峰期对教室进行消毒、或根据资料探索中草药一类的效果，并在允许范围内试点应用。社会生活部分

18、：“防”为主。研究讨论不同口罩具体的防护措施及效果，从而探究口罩在对空气微生物防治方面的作用。【实验进程】一、课题进展第一步：预实验1.计划：初步得出课题可行性与价值，调整实验目的，完成对变量的初步分析，对后续课题安排作出进一步调整。2.实施：a.按计划进行了对上述十个采样点的采样。每个点采样2次，每次10分钟。对所得数据取平均值分析。b.实验发现，社会生活中所涉及的采样点影响因素多，实验数据不稳定，波动大，不易得出准确结论，或结论不具普遍性。而校园生活中的各场所数据波动不大，较能说明问题，故而采用校园各场所为主要切入点。c.经过进一步围绕不同气温校园各场所的实验数据展开分析，于十个备选中挑选

19、教室、室外场地、食堂及厕所四个点展开分析。 3.结果：由实验过程，将课题方向改为“校园空气微生物的检测与防控”，聚焦于校园中各场所空气微生物含量及其影响。二、课题进展第二步：正式实验按照上述实验方法，正式开展课题研究。实验采用六级撞击式空气微生物检测仪，细菌恒温培养仪，低温冰箱为辅助。方法如下：用六级撞击式空气微生物检测仪（原理为负压）收集空气中微生物，至恒温37培养48小时后拿出，比对微生物数量及种类，留种至低温冰箱中保存。实验阶段完成后再对为生物种类分析，得出其具体名称。三、课题进展第三步：菌落鉴定课题所需要的空气要从校园中采集，暑假中诸多不便，所以暑假中进行对之前采集的微生物的鉴定工作。

20、在此之前，我将培养皿中采集得来的不同或者疑似不同的菌种，取样于牛奶并置于零下80度冰箱，可长时间保存。8月4日下午，我前往上海交通大学医学院进行实验。取出冰箱中的编号从A至Q的不同或疑似不同种类的微生物后，在事先配好营养琼脂的培养皿上涂片，每种微生物涂一个培养皿，然后在37度生化培养箱培养2天。8月6日下午再度来到交大医学院的实验室查看结果。先看涂片,其中D，J失败,没有培养出任何微生物，而C中混有两种菌类,分别是小黄米粒形态和小白米粒形态,根据原始形态描述,选择小白米粒形态的.K,L,P为真菌,而本实验的主要研究对象是细菌，除了DJKLP,其余均再次牛奶留种.其中B混有两种,一种为真菌,故舍

21、。随后对ABCEFGHJMNOQ进行革兰氏染色并在显微镜下观察。   A:葡萄球菌  紫色  阳性    B:(扁)球状 球菌 双球排列 紫色多红色少(细菌老化可使之只显红色,故算作紫色)    C:(扁)球状 球菌 双球排列 紫色多红色少    E:两色 无规则排列 阳性 杆菌    F:紫色 无规则排列 

22、阳性 杆菌    G:紫色 无规则排列 阳性 杆菌 中有芽孢,无法上色（枯草杆菌？）    H:红色 无规则排列 阴性 杆菌    J:红色 无规则排列 阴性 杆菌(同H)    M:疑似同G    N:疑似同M或同F    O:微观同A,但宏观颜色略淡于A    Q:同E之后因

23、为有革兰阴性菌和葡萄球菌的ATB检测试条,故将A,O,H,J混浊菌液加入试剂条培养24小时。8月7日下午得出检验结果：A:不可接受的生化谱O:克氏葡萄球菌(概率：61%)H:威斯康星米勒菌(概率：66%)J:施氏假单胞菌(概率：大于99%)四、课题进展第三步：多地点采样开始概述：鉴于之前采样的经验，我们希望使结论更具普适性，故前往校园环境相类似的华育中学进行采样。9月起，我进入了大规模采集数据的阶段。在礼拜一二的下午，我赶到华育中学，抓紧时间在操场，学生教室，厕所和食堂四个地方采集数据。野外的环境不如实验室的苛刻标准，所以我尽可能放在流通的室外环境进行仪器的转换和装配工作。做之前保证洗手和净身

24、。以确保实验数据的可靠。我在1,号，9号，23号三天前往华育中学，包括事先查询当日的天气状况以配合我的实验对于不同温度和湿度的要求。采集完数据后，我会立即回到上海中学的实验室里面，及时将微生物存到培养箱里进行培养，在礼拜三四的时候将其取出进行数据分析和计数的工作，并且如果有之前未曾出现过的微生物，我会将其留种保存在冰箱中，方便以后的比较工作。在不能外出做实验的时候，我就选择在上中里面进行相同的四个地点的数据采集工作，保证时间的合理利用。四周下来，我的数据已经逐步完善，可以看出，和我之前的预想差不多，实验中显示食堂的微生物数据最大最丰富。我分析可能原因有饭菜中微生物，大量人流带来的微生物，食堂比较密闭，难以产生气流流通等问题。针对这些不同的问题我