《Journal of Hazardous Materials》：Urbanization-driven pathways of soil metal resistance genes across three park types in a karst mountainous city
编辑推荐：
•土壤Cr和Zn表现出以母质为主、受人为活动调控的分异模式。•口袋公园携带更高的MRG丰度，尤其是Co抗性基因。•土壤Zn、Cr和Hg胁迫诱导MRGs的广谱协同抗性。•金属胁迫塑造MRG分布，低浓度As负荷特异性上调As抗性基因。•城市化通过直接（群落重组+HGT）和间接（C
- •
土壤Cr和Zn表现出以母质为主、受人为活动调控的分异模式。
- •
口袋公园携带更高的MRG丰度，尤其是Co抗性基因。
- •
土壤Zn、Cr和Hg胁迫诱导MRGs的广谱协同抗性。
- •
金属胁迫塑造MRG分布，低浓度As负荷特异性上调As抗性基因。
- •
城市化通过直接（群落重组+HGT）和间接（Cu/Cr + N负荷）途径富集MRGs。
引言
随着全球城市化的加剧，人口增长和城区扩张对生态环境造成了前所未有的压力。人类活动，包括工业排放、交通排放以及建筑材料的风化，导致城市生态系统中大量重金属的输入和积累[1], [2]。作为城市生态系统的重要组成部分，城市绿地发挥着调节微气候、吸附污染物和提供休闲场所不可替代的作用[3], [4]。然而，维持这些绿地本身的城市活动，也通过大气沉降和地表径流持续将重金属输送至公园土壤中，使得这些"污染缓冲区"转变为重金属富集的汇集区[5], [6]。事实上，全球城市公园土壤均不同程度地受到Cd、Pb和Cr等重金属的污染[7], [8], [9]。这些具有持续性和生物累积性的金属会破坏微生物DNA、干扰细胞膜完整性并阻碍代谢途径，从而威胁生态系统健康和人类福祉[10], [11]。儿童尤其脆弱：风险评估一致表明，儿童的平均每日摄入量、危险商和总致癌风险均高于成人，主要通过手口摄入受污染土壤颗粒、吸入和皮肤接触，尤其是在Cd、Pb和As占主导地位的金属分布区域[12], [13]。重要的是，这种重金属富集不仅对公园游客构成直接健康风险，还对土壤微生物群落施加了持续的 selective pressure，可能改变群落组成并驱动金属抗性基因（MRGs）的富集[14]。
为了应对重金属胁迫，微生物演化出了复杂的适应性机制，其中MRGs起着核心作用。例如，cadB、chrA和merA基因分别赋予对Cd、Cr和Hg的抗性，而copA、czcA和arsB主要通过金属外排、转运或还原来抵御毒性[15], [16], [17]。这些基因中的许多频繁共存于可移动遗传元件上，为共选择和广谱抗性提供了分子基础。这些基因的表达增强了微生物在胁迫下的适应性，但也可能使群落组成向耐金属类群转变，从而促进抗性因子的传播[18], [19]。随着城市化的加剧，交通排放、施肥以及其他人为活动导致的重金属输入增加了对土壤微生物群落的 selective pressure，从而驱动MRGs的富集。同时，富含可移动遗传元件的城市环境促进了水平基因转移，使得城市公园成为抗性基因积累和水平传播的热点区域[20], [21]。因此，城市化驱动的重金属污染已重塑了MRGs的丰度和空间分布[5], [22]。然而，城市化指标、土壤理化性质和重金属如何共同调控城市公园土壤中的MRGs组成仍存在诸多空白。
环境微生物组中MRGs的环境驱动力、共选择和传播已成为研究热点。重金属胁迫不仅直接富集MRGs，还通过物理关联（例如在同一质粒或转座子上）或宿主共生关系驱动与抗生素抗性基因（ARGs）的共选择[23], [24], [25]。这种现象在动物粪便、城市绿地和农业土壤中普遍存在，尤其在潜在的人类病原体中尤为显著，从而加剧了公共卫生风险[26], [27], [28]。此外，MRGs可通过可移动遗传元件介导的水平基因转移在病原体之间传播；一旦携带MRGs的机会性病原体进入人体或食物链，将对人类健康构成严重威胁[25], [29]。除金属胁迫外，土壤理化性质也调控MRG的分布。pH值、有机碳和养分含量等因素可改变金属生物有效性并塑造微生物群落结构，间接影响MRGs的持续存在和丰度[21], [30], [31]。
尽管MRG研究已取得进展，但现有研究主要聚焦于水环境或农业生态系统[32], [33]，而对城市公园的系统性评估仍然有限。此外，城市土壤抗性组研究大多比较不同气候区的城市[34], [35]，而单一城市内不同类型公园及功能区MRGs的异质性研究仍不充分，且不同驱动因子的相对贡献很少被量化[36], [37]。此外，作为中国西南喀斯特山区的典型城市，贵阳以复杂的岩性结构和自然偏高的金属背景值为特征，可能对土壤抗性组施加独特的 selective pressure；然而，其公园土壤中的MRG分布从未被记录。
本研究调查了贵阳城市公园土壤中MRGs的分布及其驱动因素，具体目标如下：(1) 刻画不同类型公园和植被类型下土壤重金属和MRGs的分布特征；(2) 评估城市化指标和土壤性质在驱动重金属分布和MRG丰度中的相对重要性；以及(3) 检验重金属、城市化指标和土壤性质对MRGs的直接影响和间接效应。我们假设：(H1) 由于金属输入量和土壤扰动程度不同，不同类型公园的土壤重金属和MRG水平存在显著差异，其中口袋公园水平最高；(H2) 公园土壤中重金属的积累导致相应MRGs的富集；以及(H3) 城市化指标对MRG丰度产生直接和间接效应，间接途径通过重金属浓度和土壤全氮介导，直接途径涉及群落重组和增强的水平基因转移。
章节摘要
研究区域
贵阳，贵州省省会，具有亚热带湿润温和气候，年平均温度约为15.3 °C。地形以山地和丘陵为主，喀斯特地貌广泛分布。温和湿润的气候促进了碳酸盐岩的风化，形成了以黄壤和石灰岩衍生土壤为主的土壤[38]；这些地球化学条件导致部分重金属的自然背景值偏高。
城市化指标和土壤性质驱动城市公园土壤中重金属的分布
尽管本研究中所有八种金属的浓度均低于中国土壤环境质量标准的风险阈值[52]，表明总体污染风险较低。Zn和Cr的含量最高（分别为88.64和64.80 mg·kg?1），合计约占总重金属含量的60%，而Hg、As和Cd的浓度最低（分别为0.0067、0.55和0.36 mg·kg?1）（图S1）。这与
结论与启示
本研究表明，城市化通过双重途径驱动城市公园土壤中MRG的丰度和共富集：直接途径通过微生物群落重组向耐金属类群转变并增强水平基因转移，间接途径通过城市化指标关联的重金属输入增加和土壤全氮升高。这些效应被广谱协同抗性机制所放大，使得单一金属能够共选择多种MRGs，在
CRediT作者贡献声明
杨静怡：撰写 – 审阅与编辑，监督，资源，项目管理，方法论，概念化。 何跃进：撰写 – 审阅与编辑，监督，方法论，概念化。 潘英：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，可视化，验证，软件，方法论，调查，形式分析，数据整理。 何梦立：撰写 – 审阅与编辑，方法论，调查。 彭永森：撰写 – 审阅与编辑，方法论，
写作过程中生成式AI及AI辅助技术的使用声明
在本文撰写过程中，作者使用了DeepSeek以改善稿件的可读性和语言表达。在使用该工具后，作者对内容进行了审阅和编辑，并对已发表文章的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明他们不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究由贵州省基础研究计划（自然科学）资助，资助/奖励编号：黔科合基础-ZK[2024]一般022。
意义声明
本研究开创性地首次对喀斯特城市三种类型公园的土壤金属抗性基因（MRGs）进行了系统评估。利用宏基因组学和结构方程模型（SEM），我们阐明了城市化驱动MRG共富集的直接（群落重组/HGT）和间接（氮和重金属升高）途径，确认了通过外排和共调控实现的共选择。
潘英|杨静怡|何跃进|彭永森|岑春华|何梦立|尹景荣|郭明路
