第一作者：杨正卿（2023级博士生）

通讯作者：袁劼助理教授、李晓东教授、汤琳教授

论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.126847

图文摘要

成果简介

近日，湖南大学环境科学与工程学院汤琳教授团队在Water Research上发表了题为“Spatiotemporal Dynamics and Dual-Transfer Mechanisms of the Riverine Resistome under Antibiotic and Metal Co-Pollution in the Xiangjiang River Basin”的实验论文。该研究聚焦历史重金属冶炼与现代抗生素排放叠加的湘江流域，首次阐明了水-沉积物系统中抗性基因演化的相依赖“双轨”机制。研究证实，流动水相中的均质化作用强烈促进了水平基因转移，而沉积物中微生物宿主群落重塑主导了垂直基因转移。该工作从宏观流域介质差异到微观细胞转化机制，揭示了复合污染驱动河流成为动态“基因反应器”的底层逻辑，为多污染物协同调控与环境健康风险控制提供了全新范式。

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本研究通过跨季节、多介质的高分辨率宏基因组学与化学暴露组学，全面解析了复合污染下河流抗性组的装配机制。研究发现，在流动的水相中（尤其在雨季径流期），亚抑菌浓度的抗生素作为主要刺激物，配合水流的随机均质化作用，克服了稀释效应，极大地促进了多重耐药基因与移动遗传元件的物理连锁及水平转移。相反，在底栖沉积物中，持久的重金属遗留污染产生了确定性的选择压力，在物理孔隙屏障限制水平转移的同时，通过重塑底层微生物宿主群落（如假单胞菌门），使得依赖宿主的垂直基因转移成为抗性组富集的主导路径。此外，利用环境菌株 A. baylyi ADP1 建立的体外自然转化模型证实，抗生素与重金属的共暴露对基因摄取具有强烈的加性促进效应，显著提升了绝对转化频率。该体系阐明了复合污染下环境微生物单次转移事件即可获得广谱耐药特征的极高生态风险。该研究为突破单一污染物管控阈值、实施水-沉积物一体化的多污染物协同治理提供了重要的理论指导。

图文导读

Fig. 1 Antibiotics distribution in the river water and sediment in different seasons.

目标抗生素的跨季节定量与多维尺度分析揭示了其在水-沉积物系统中显著的时空分异及介质分配特征，并识别出受雨季径流强烈驱动的五种核心指示污染物。

Fig. 2 Overlap and difference of ARGs and MRGs in different season.

雨季径流显著扩大了水相中抗生素抗性基因（ARGs）和金属抗性基因（MRGs）的多样性。水相作为高动态的基因传播载体，而沉积物则作为长期的基因进化和富集“汇”。

Fig. 3 Network analysis between ARGs, MRGs, antibiotics, and metals in Xiangjiang River.

网络拓扑结构分析证实了重金属和抗生素对河流抗性组的强效共选择作用。

Fig. 4 Pattern of MGEs and co-occurrence of resistome and MGEs.

Contig水平的组装数据证实，水相中ARG-MGE的物理连锁丰度远高于沉积物，且抗生素浓度显著促进了ARG-MGE的共现。

Fig. 5 Distribution of bacteria community in the river.

沉积物中的抗性组与宿主细菌群落结构高度共变，基因水平交换受到空间阻隔。

小结

本研究通过相依赖的原位观测与体外转化模型，成功揭示了真实流域中重金属与抗生素复合污染如何协同放大耐药性传播。水流的均质化与沉积物的物理分层赋予了两个环境相截然不同的基因转移规律。细胞水平的加和效应证明了复合暴露的严重后果。该工作为深入理解环境耐药组组装提供了介质维度的全新见解，呼吁未来的环境监测和污染控制策略必须从单一化学品管控向多污染物协同共治的“同一健康”框架转变。