长期残留除草剂氟磺胺草醚驱动粪肥改良农田土壤中抗生素抗性基因的水平转移扩散

针对农药与粪肥共施加剧土壤抗生素抗性基因(ARGs)传播的风险，本研究通过微宇宙实验结合宏基因组测序，揭示长残效除草剂氟磺胺草醚(fomesafen)通过促进可移动遗传元件(MGEs)介导的水平转移而非细菌群落变化，显著增加粪肥改良土壤中ARGs丰度(1.20-1.36倍)，为农业实践中农药-粪肥协同作用下的环境风险防控提供新依据。

　　

随着全球抗生素耐药性危机加剧，农业土壤作为抗生素抗性基因(ARGs)的重要储库日益受到关注。传统研究多聚焦抗生素和重金属对ARGs的选择压力，然而近年发现农药——尤其是半衰期长达数十至上百天的长残效除草剂——可能通过未知机制促进ARGs扩散。氟磺胺草醚(fomesafen)作为全球广泛使用的二苯醚类除草剂，其土壤残留期可达87-194天，且常与粪肥共施以减轻药害。这种农业实践在缓解除草剂毒性的同时，是否可能成为ARGs传播的"隐形推手"？中国的研究团队在《Environmental Pollution》发表的研究成果，首次系统揭示了这一环境风险的内在机制。

研究采用土壤微宇宙实验结合宏基因组测序技术，通过测定氟磺胺草醚在空白土壤(BS)和粪肥改良土壤(MS)中的吸附-解吸特性(Freundlich模型拟合)及降解动力学(半衰期20-124天)，分析42天暴露后ARGs、可移动遗传元件(MGEs)和细菌群落的响应规律。变异分配分析(VPA)量化了MGEs与细菌群落对ARGs变异的解释度，并通过宏基因组组装基因组(MAGs)解析ARGs宿主特征。

吸附-解吸与降解动力学
氟磺胺草醚在粪肥改良土壤中的吸附系数(K_f
=3.57)高于空白土壤(2.82)，但降解半衰期缩短至20-73.27天(空白土壤35.77-124天)。这表明粪肥虽加速农药降解，但可能通过有机质络合延长其生物有效性。

ARGs与MGEs的响应特征
1 mg/kg和5 mg/kg暴露组中，粪肥改良土壤的ARGs总丰度分别增加1.20和1.36倍，MGEs变化达1.24-2.22倍，而空白土壤无显著变化。值得注意的是，四环素类(tet)、磺胺类(sul)和多重耐药基因(multidrug)增幅最显著。

细菌群落与MAGs分析
暴露组与对照组间细菌α/β多样性无显著差异，且ARGs携带的MAGs组成保持稳定，排除了细菌群落更替主导ARGs扩散的可能性。

机制解析
VPA显示MGEs单独解释24.42%-25.41%的ARGs变异，远高于细菌群落(13.47%-13.75%)。整合子(intI)、转座子(Tn)等元件与ARGs显著共现，证实水平转移(HGT)是主要驱动途径。

该研究突破性地揭示长残效农药可通过"非杀菌"选择压力促进ARGs传播——粪肥中的MGEs如同"基因特洛伊木马"，在农药持续压力下加速ARGs的水平转移。这一发现对重新评估"农药-粪肥"共施模式的生态风险具有里程碑意义，为制定基于MGEs调控的耐药性阻断策略提供理论依据。研究同时警示，当前农药环境风险评估体系亟需纳入对微生物耐药性影响的考量，以应对日益复杂的农业面源污染挑战。