蟹塘中微生物群落的季节性动态及抗生素抗性基因的水平转移：沉积物、水体与肠道微生物群落之间的相互作用

《Science of The Total Environment》：Seasonal dynamics of microbial communities and horizontal transfer of antibiotic resistance genes in crab pond: Interplay among sediment, water, and gut communities

中国河蟹“水-淤泥-肠道”系统中抗生素抗性基因（ARG）水平转移的季节动态及调控机制研究。通过监测水体理化参数、16S rRNA测序及高通量qPCR分析，发现秋季总氮（TN）、总磷（TP）和总悬浮固体（TSS）峰值显著，冬季微生物多样性最高且环境微生物占肠道菌群近50%。磺胺类ARG（sul1/sul3）在水体 autumn期丰度最高，冬季最低；TP与TSS协同促进Proteobacteria、Bacteroidetes和Firmicutes介导的ARG传播，温度（Tm）促进而pH抑制基因转移；intI1整合子作为核心网络枢纽。为河蟹养殖中ARG风险控制提供新依据。

　　这项研究聚焦于水产养殖环境中抗生素抗性基因（ARGs）的传播动态，特别是在中国大闸蟹（*Eriocheir sinensis*）养殖池的“水-沉积物-肠道”系统中。通过在不同季节对水质、微生物群落以及ARGs的分布进行全面分析，研究人员揭示了环境因素与微生物活动之间的复杂关系，以及这些因素如何影响ARGs在不同生态位间的转移。研究结果不仅加深了对ARGs传播机制的理解，也为水产养殖中减少抗性基因污染提供了新的思路。

大闸蟹是一种重要的经济水产动物，其养殖环境通常包含丰富的微生物群落。这些微生物不仅参与水体和沉积物中的生态过程，还可能通过水平基因转移（HGT）将抗性基因传递给大闸蟹的肠道微生物群。随着水产养殖的规模化发展，抗生素的使用日益频繁，导致抗性基因在养殖系统中积累。这些基因的存在不仅威胁到水生生态系统的生物多样性，还可能引发抗生素耐药性的传播，影响养殖动物的健康状况，并最终对人类健康构成潜在风险。

研究发现，不同季节的水质参数存在显著差异。例如，在秋季，总氮（TN）、总磷（TP）和总悬浮物（TSS）的浓度达到峰值。这表明，秋季的环境条件可能更有利于抗生素残留和营养物质的积累，从而促进ARGs的传播。而在冬季，微生物多样性达到最高水平，环境微生物对肠道微生物群的贡献接近50%。这一发现提示，冬季的微生物群落结构可能更为复杂，环境微生物在维持肠道生态平衡方面发挥着重要作用。

此外，研究还发现，磺胺类ARGs（*sul1*/*sul3*）在水体中占据主导地位，其丰度和转移活性在秋季达到最高，而在冬季则降至最低。这表明，季节变化对ARGs的传播具有显著影响，可能与环境条件的变化密切相关。同时，TP和TSS的协同作用促进了ARGs的扩散，这一过程主要由变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）等微生物介导。这些微生物不仅在ARGs的传播中起到关键作用，还可能通过其代谢活动影响水体的理化性质，进而改变ARGs的分布和丰度。

研究还发现，温度（Tm）对ARGs的传播具有促进作用，而pH值则起到抑制作用。这表明，水体的温度和酸碱度是影响ARGs传播的重要环境因子。温度的升高可能促进微生物的活性和繁殖，从而增加ARGs的转移机会；而pH值的降低可能抑制微生物的生长，减少ARGs的传播。因此，在不同的季节，水体的理化性质可能对ARGs的传播产生不同的影响，需要在实际养殖管理中加以关注。

研究还揭示了*intI1*在ARGs传播网络中的核心作用。*intI1*是一种整合子基因，能够介导抗性基因的水平转移。在不同的季节，*intI1*的丰度和活性可能发生变化，影响ARGs在不同生态位间的传播路径。这一发现为理解ARGs的传播机制提供了新的视角，也提示在控制ARGs污染时，需要重点关注*intI1*等关键基因的作用。

通过整合理化参数监测、16S rRNA测序和高通量qPCR技术（针对*intI1*、*tetX*、*sul1*、*sul3*、*cmlA*等基因），研究团队对ARGs的传播动态进行了深入分析。研究结果显示，环境因素与微生物群落之间的相互作用对ARGs的传播具有重要影响。例如，秋季的高浓度营养物质和抗生素残留可能促进ARGs的扩散，而冬季的低浓度环境因素可能抑制ARGs的传播。这种季节性的变化可能与微生物群落的结构和功能密切相关，需要进一步研究其具体机制。

此外，研究还发现，不同季节的微生物群落结构可能发生变化，影响ARGs的分布和丰度。例如，在冬季，微生物多样性达到最高水平，而秋季则出现较高的ARGs丰度。这表明，季节变化不仅影响水体的理化性质，还可能通过改变微生物群落的结构和功能，间接影响ARGs的传播。因此，在制定水产养殖管理策略时，需要综合考虑季节变化对环境和微生物群落的影响，以有效控制ARGs污染。

研究团队还探讨了环境因素与微生物群落之间的相互作用。例如，TP和TSS的协同作用可能促进ARGs的扩散，而Tm的升高可能增强ARGs的传播能力。这些发现为理解ARGs在水产养殖环境中的传播机制提供了重要的理论依据。同时，研究还揭示了*intI1*在ARGs传播网络中的关键作用，提示在控制ARGs污染时，需要重点关注*intI1*等整合子基因的作用。

通过本研究，研究人员首次对大闸蟹养殖池中的ARGs水平转移进行了系统分析。研究结果表明，不同季节的环境条件对ARGs的传播具有显著影响，需要在实际养殖管理中加以关注。此外，研究还发现，环境微生物在ARGs的传播中起到关键作用，提示在控制ARGs污染时，需要加强对环境微生物的监测和管理。这些发现为制定更加科学的水产养殖管理策略提供了重要参考，有助于减少ARGs对水生生态系统和人类健康的潜在威胁。

在实际应用中，研究人员建议通过优化水质管理、减少抗生素使用、加强微生物监测等措施，来有效控制ARGs的传播。例如，在秋季，由于TN、TP和TSS的浓度较高，可能需要采取更加严格的水质调控措施，以减少抗生素残留和营养物质的积累。而在冬季，由于微生物多样性较高，可能需要加强微生物群落的调控，以维持肠道生态平衡。此外，研究人员还建议通过调整养殖环境的pH值和温度，来抑制ARGs的传播，从而降低其对水生生态系统和人类健康的潜在风险。

本研究的发现不仅有助于理解ARGs在水产养殖环境中的传播机制，还为制定更加有效的环境管理策略提供了科学依据。通过综合考虑季节变化对水质、微生物群落和ARGs分布的影响，研究人员能够更准确地评估ARGs污染的风险，并提出针对性的控制措施。这些措施不仅有助于改善水产养殖环境，还能够促进可持续的养殖模式，减少对生态环境和人类健康的负面影响。

总之，这项研究通过多方面的分析，揭示了ARGs在水产养殖环境中的传播动态及其与环境因素和微生物群落之间的复杂关系。研究结果表明，季节变化对ARGs的传播具有显著影响，需要在实际养殖管理中加以关注。同时，研究还发现，环境微生物在ARGs的传播中起到关键作用，提示在控制ARGs污染时，需要加强对环境微生物的监测和管理。这些发现为制定更加科学的水产养殖管理策略提供了重要参考，有助于减少ARGs对水生生态系统和人类健康的潜在威胁。