生物气溶胶是当前大气气溶胶研究的热点之一。作为生物气溶胶的基本组分，蛋白类物质包括结合态氨基酸和游离态氨基酸，是检测生物气溶胶的一类重要指标。大气气溶胶蛋白类物质的存在会改变气溶胶的组成及其理化性质，对大气环境和气候带来影响。同时，气溶胶中的致敏性蛋白质则可以带来人群健康风险。在城市大气环境中，人类活动对气溶胶蛋白类物质存在巨大的影响。在污染条件下，大气氧化剂和污染物会与蛋白类物质发生大气化学反应，从而改变蛋白质的结构和性质，进而影响它们在大气环境中的存在寿命及其环境和人群健康效应。        

        近期，华南理工大学环境与能源学院赖森潮教授、张颖仪副教授研究小组和天津大学表层地球系统科学研究院傅平青教授开展合作，于2014年北京APEC会议召开前后开展了大气细颗粒物（PM2.5）中蛋白类物质（包括总蛋白质、结合态氨基酸和游离态氨基酸组分）的观测和研究。该研究相关成果以“Occurrence of Aerosol Proteinaceous Matter in UrbanBeijing: An Investigation on Composition, Sources, and Atmospheric Processes During the APEC Blue Period”为题发表于美国化学会出版的《EnvironmentalScience & Technology》。                

研究发现：

   （1）APEC会议期间严格的排放控制措施显著降低了PM2.5中蛋白类物质的浓度水平，显示人为活动对气溶胶蛋白类物质存在重要的影响。

    APEC会议中（11月3日-14日）蛋白类物质的浓度水平要低于APEC会议前（10月15日-11月2日）（图1），表明APEC会议中实施的污染控制措施对气溶胶中蛋白类物质浓度的减少有显著的作用。对结合态氨基酸物种组成而言，甘氨酸（Gly）和丙氨酸（Ala）均为APEC会议前和会议中的优势氨基酸。而对游离态氨基酸而言，缬氨酸（Val）和甘氨酸（Gly）则分别是APEC会议前和会议中的优势氨基酸。相关性分析结果显示，农业活动、生物质燃烧以及微生物活动是北京大气气溶胶中蛋白类物质的主要来源。

图1 北京城市站点2014APEC前后PM2.5中蛋白类物质和其他观测数据的日变化：（a）蛋白类物质；（b）游离态氨基酸中的Val和Gly；（c）左旋葡聚糖和阿拉伯醇；（d）水溶性离子；（e）O3和NO2；（f）温度和湿度；（g）风速和边界层高度（空心和实心点分别表示白天和黑夜样品）

  （2）研究进一步发现大气污染条件极大地影响了气溶胶蛋白类物质的存在与变化，特别是APEC会议前后和昼夜大气氧化剂的组成和环境条件的变化影响了气溶胶蛋白类物质的大气反应过程。

   基于研究小组前期的工作基础（Songet al, 2017, EST），本研究进一步揭示了北京城市站点大气气溶胶中蛋白类物质在大气氧化剂（如O3和自由基）的作用下可以被降解生成小分子的多肽。且研究结果表明不同的污染环境下，大气氧化反应的差异会导致氨基酸占比发生变化。此外，研究发现整个采样期间，夜晚样品中游离态缬氨酸的浓度水平显著高于白天样品。基于缬氨酸浓度与大气氧化剂分别在昼夜间的相关性结果，考察了夜间大气化学反应对气溶胶中蛋白类物质氧化降解的影响，并且提出了夜间NO3自由基的潜在重要作用（图2）。

图2 北京城市站点2014 APEC期间PM2.5中游离态缬氨酸与大气氧化剂在昼夜样品中的相关性：（a）缬氨酸与[proteins][O3]；（b）缬氨酸与[proteins][NO2]；（c）缬氨酸与[proteins][O3][NO2] 

      硕士生王珊为论文第一作者，华南理工大学张颖仪副教授和天津大学傅平青教授为论文通讯作者。该研究获得国家自然科学基金项目（41675119，41575115，41625014）和国家重点研发计划项目（2017YFC0212802）的支持。

参考文献：

Song, T.; Wang, S.; Zhang, Y.; Song,J.; Liu, F.; Fu, P.; Shiraiwa, M.; Xie, Z.; Yue, D.; Zhong, L.; Zheng, J.; Lai,S. Proteins and Amino Acids in Fine Particulate Matter in Rural Guangzhou,Southern China: Seasonal Cycles, Sources, and Atmospheric Processes. Environ.Sci. Technol. 2017, 51 (12), 6773-6781. 

论文出处与链接：   

Wang, S.; Song, T.; Shiraiwa,M.; Song, J.; Ren, H.; Ren, L.; Wei, L.; Sun, Y.; Zhang, Y.; Fu, P.; Lai, S.Occurrence of Aerosol Proteinaceous Matter in Urban Beijing: An Investigationon Composition, Sources, and Atmospheric Processes During the “APEC Blue”Period. Environmental Science & Technology 2019.

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.est.9b00726