黄海沉积物中抗生素抗性基因的地域异质性：沉积作用驱动的积累与整合子相关的传播潜力

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Regional heterogeneity of antibiotic resistance genes in Yellow Sea sediments: deposition-driven accumulation and integron-associated dissemination potential

　　

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  绝对和标准化的抗生素抗性基因（ARG）丰度揭示了不同的沉积模式。
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  细粒、富含总有机碳（TOC）的沉积物促进了ARG的积累。
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  生物量标准化区分了ARG富集区和积累热点。
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  intI1在东南黄海与ARG的关联更强。

引言

抗生素抗性基因（ARGs）被广泛认为是全球公共卫生和环境安全领域的关键新兴污染物[1]、[2]。在医疗保健、畜牧业和水产养殖中抗生素的密集使用和排放导致ARG通过废水排放、河流传输和颗粒沉积不断释放到水生环境中，在抗生素、营养物质、消毒剂和重金属等综合选择压力下，这些基因能够持续存在并繁殖[3]、[4]、[5]。重要的是，ARG可以通过移动遗传元件（MGEs）介导的水平基因转移（HGT）在微生物谱系间传播，从而加速其扩散，并对生态系统功能和人类健康构成潜在风险[1]、[4]。

海洋沉积物是陆地物质和污染物的主要最终沉积场所[6]、[7]。它们的强吸附和埋藏能力使其成为ARG长期保存和积累的重要库[6]、[7]。与沉积物相关的ARG不仅反映了区域污染负荷，还可以通过再悬浮、孔隙水交换和生物扰动在沉积物和底层水之间交换，从而影响更广泛空间范围内的抗生素抗性传播[5]、[8]。在沉积环境中，ARG的存在和传播受到非生物因素（如温度、盐度、pH值、营养物质、粒度和有机物）和生物因素（包括微生物群落作为潜在宿主库）以及MGEs的共同影响[9]、[10]、[11]。然而，ARG动态的关键驱动力在不同生态系统之间可能有所不同，有时会出现明显的矛盾模式，这在机制归因和风险评估方面留下不确定性[2]、[3]。1类整合子-整合酶基因（intI1）已被广泛用作人为影响的代理指标和移动抗性库的活性指标，它通常与多种抗性决定因素紧密耦合[2]、[3]。因此，将绝对ARG丰度与16S rRNA标准化丰度和MGE指标（如intI1）相结合，可以提供关于沉积物抗性负荷、生物量标准化富集和传播潜力的互补信息。

黄海是中国东部的一个主要半封闭大陆架海域，受到河流排放、人口密集的沿海地区和集约化海水养殖等多源人为输入的强烈影响，同时也受到复杂水动力学和泥质沉积模式的调控[12]、[13]。北黄海（NYS）和南黄海（SYS）在水文和沉积条件、物质传输路径和潜在源结构上存在差异。最近的研究表明，黄海的沉积物扩散受到河流输入、大陆架环流、锋面过程、潮汐传输和沉积物再悬浮的强烈影响，导致NYS和SYS之间存在不同的源-汇路径和泥质沉积系统[14]、[15]、[16]、[17]。这种不同的传输和沉积机制可能导致ARG组成、空间分布和环境-ARG耦合的区域差异[18]。尽管如此，对黄海沉积物中ARG的系统性南北比较仍然有限，关于污染负荷、组成和驱动机制的定量证据仍不足。特别是，不同的沉积环境是否产生一致的总ARG积累和生物量标准化富集模式仍然不清楚。这种区分对于解释抗性热点非常重要，因为绝对丰度反映了每单位沉积物的ARG负荷，而16S标准化丰度反映了相对于细菌16S rRNA基因的ARG富集程度。例如，一个绝对丰度高但标准化丰度低的地点可能包含大量的ARG库，而相对富集不明显；而一个绝对丰度低但标准化丰度高的地点可能显示出更大的相对富集，尽管ARG负荷较小。因此，结合这些指标以及intI1的联合解释可以改善热点的解读，并通过区分ARG负荷、相对富集和整合子相关的传播潜力来指导监测优先级。

在本研究中，我们调查了NYS和SYS的表面沉积物，以表征ARGs和MGEs的空间分布，并揭示其关键驱动因素。具体而言，我们（1）量化了16S rRNA基因、intI1和主要ARGs，以比较两个子区域之间的污染负荷和组成差异；（2）使用排序分析来解决ARG剖面的空间差异，并评估站点尺度上的绝对丰度和相对丰度之间的一致性或脱钩；（3）通过16S rRNA扩增子测序表征细菌群落结构，并构建ARGs-细菌属共现网络，以识别潜在的宿主相关分类群及其与ARGs的关系；（4）应用偏最小二乘路径模型（PLS-PM）来量化沉积物性质、水性质、微生物生物量和intI1对ARG动态的直接影响和间接影响。我们的发现为沉积物中ARG的区域差异提供了机制上的见解，并支持对边缘海域抗生素抗性污染的特定区域监测和管理。

章节片段

研究区域和样本收集

2023年4月的一次春季考察期间，在NYS的九个站点（N1–N9）和SYS的八个站点（S1-S8）收集了表面沉积物样本（图1）。站点的选择符合考察采样计划，包括两个子区域内的泥质沉积区和具有不同沉积特性的区域。在每个站点，同时收集了表面沉积物和底层水样本。使用箱式采样器获取沉积物，以尽量减少干扰。

不同ARG类别的丰度特征

为了评估黄海沉积物中的ARG污染负荷并考虑潜在的移动传播风险，我们量化了细菌丰度代理指标（16S rRNA基因）和移动遗传元素替代标志物（intI1）（图2）。NYS的平均16S rRNA基因丰度为1.26×10^10拷贝/克，SYS为1.42×10^10拷贝/克，表明两个区域的沉积物细菌生物量相当。intI1基因在两个区域都被广泛检测到，但

结论

本研究表明，仅使用单一丰度指标无法完全解释黄海沉积物中的ARG动态。尽管NYS和SYS在ARG组成上存在差异，并且两个区域的绝对ARG和intI1热点都与细粒、富含TOC的沉积物相关，但这突显了沉积物滞留对塑造ARG库的重要性。重要的是，16S rRNA标准化显示高绝对ARG

作者贡献声明

Jinming Song：撰写 – 审稿与编辑，资源管理，方法学。Tengfei Fu：验证，数据管理。Xuegang Li：监督。Liqin Duan：验证，资金获取。Yuan Huanmao：验证。Jun Ma：监督，资金获取，数据分析。Yao Lu：调查。Jiajia Dai：项目管理。Lilian Wen：撰写 – 初始草稿，可视化，资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国生态环境部 Jing-Jin-Ji 区域综合环境改善-国家科技重大项目（编号2025ZD1201000）、自然资源部莱州湾海水入侵和土壤盐碱化观测与研究站开放研究基金（2026LZORS008）、山东省重点研发计划（编号2026CXPT225）、中国博士后科学基金（编号2025M780839）的支持。

Lilian Wen|Jiajia Dai|Jinming Song|Xuegang Li|Tengfei Fu|Huamao Yuan|Liqin Duan|Yao Lu|Jun Ma