《Environmental Research》：Hydrological seasonality shapes antibiotic resistome assembly and dissemination risk in a reclaimed-water-fed urban river
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摘要补给再生水的城市河流日益被认为是抗生素抗性基因（ARG）传播的潜在热点区域；然而，水文变异性与栖息地异质性对抗性组动态的联合作用仍知之甚少。本研究在汛期和非汛期期间从清河沿线的10个采样点收集配对的水体和沉积物样本，并使用宏基因组测序进行分析。通过整合ARG宿主鉴定、可移
摘要
补给再生水的城市河流日益被认为是抗生素抗性基因（ARG）传播的潜在热点区域；然而，水文变异性与栖息地异质性对抗性组动态的联合作用仍知之甚少。本研究在汛期和非汛期期间从清河沿线的10个采样点收集配对的水体和沉积物样本，并使用宏基因组测序进行分析。通过整合ARG宿主鉴定、可移动遗传元件（MGE）分析、空间生态分析和群落组装建模，我们刻画了ARG组成、宿主关联、空间组织和生态驱动因素。水体中的抗性组多样性高于沉积物，而汛期水体的ARG丰度和多样性最高，其中β-内酰胺类抗性基因显著富集。共鉴定出415种ARG宿主物种，包括41种潜在的人类致病细菌（HPB），其中以不动杆菌属占主导地位。汛期期间HPB的丰度和多样性显著增加。MetaCompare分析和ARG与MGE的共现模式进一步表明，汛期水体的群落水平ARG传播潜力最高（风险评分 = 19.32），且MGE与致病宿主表现出更强的关联性，提示其传播潜力升高。中性群落模型表明，随机扩散和生态漂变是主要的组装过程（R2 > 0.85），而偏最小二乘路径模型识别出理化条件为ARG变异的最强确定性驱动因素（路径系数 = 0.751，P < 0.001）。总之，这些发现将汛期水体确定为ARG富集、致病宿主积累和传播潜力汇聚的关键区室，为在水文变异性加剧背景下开展季节针对性抗微生物耐药监测和再生水管理提供了生态学框架。
引言
抗微生物耐药（AMR）被广泛认为是环境可持续发展和公共卫生面临的最紧迫的全球威胁之一。尽管AMR传统上被视为一个临床问题，但越来越多的证据表明，水生环境作为抗生素抗性基因（ARG）、抗药性细菌和可移动遗传元件（MGE）的重要储库、交换中心和传播途径发挥着重要作用（Li等，2025；Wu等，2026）。在水生生态系统中，河流尤其重要，因为它们整合了废水排放、再生水、城市径流和分散非点源污染，同时作为水文连通廊道促进微生物扩散和ARG在环境区室间的重新分配（Li等，2026a）。因此，河流代表着动态生态系统，其中的抗性决定因素不断被输送、保留并根据环境变化进行重组。
以再生水补给的城市河流正在成为环境AMR传播的关键场所（Daniel等，2024；Lin等，2026）。再生水在全球范围内越来越被用于缓解淡水资源短缺、维持生态基流以及支撑城市景观和休闲功能，尤其是在快速城市化和水资源紧张的地区（Gu等，2015）。然而，再生水也可能将残留抗生素、抗性微生物、ARG、营养物质、溶解性有机物和其他共选择污染物引入受纳河流（Wang等，2025）。与自然河流系统相比，再生水补给型河流经历着由工程化流量调节和季节性降雨-径流过程共同塑造的持续废水微生物输入和水文过程（Sun等，2026）。这些特征可能会改变ARG的持久性、微生物宿主动态和传播潜力（Bai等，2025）。尽管再生水回用迅速扩展，但目前的评估主要集中于常规理化水质参数，而再生水补给城市河流中抗性组动态的生态过程仍知之甚少。
一个主要知识空白在于水文变异性如何与栖息地异质性相互作用影响河流抗性组。非汛期和汛期之间的季节性转换会改变流速、水力连通性、沉积物再悬浮、颗粒输运和来自城市集水区的污染物 mobilization（Li等，2025）。这些水文变化可能会增强上下游扩散、增加水-沉积物交换，并促进微生物群落及其抗性决定因素的混合。然而，其影响不太可能均匀一致，因为水体和沉积物在停留时间、理化特征、污染物保留、氧化还原条件、微生物群落结构和扩散限制方面存在根本差异。水体对水文扰动反应迅速，并且是人类暴露的主要途径，而沉积物则充当相对稳定的储库，能够在扰动事件期间积累并随后释放ARG（Jiang等，2026）。尽管既往研究已比较了河水与沉积物中ARG的发生情况，但水文变异性在多大程度上重新组织了这些栖息地中ARG的组成、空间分布和生态组装仍了解不足，尤其是在再生水补给城市河流中（Gao等，2024）。
第二个关键空白是将微生物宿主、致病相关性和移动性潜力整合到环境抗性组评估中的研究尚不充分。大多数既往研究强调了ARG的丰度和多样性，而传播风险不仅取决于抗性基因的存在，还取决于携带它们的微生物及其通过MGE进行水平基因转移（HGT）的潜力（Wang等，2024）。与机会性致病菌或人类致病菌（HPB）相关的ARG比仅限于非致病性环境类群的ARG具有更大得多的生态和公共健康关注（Chen等，2025a）。同样，位于质粒、转座子、整合酶和其他MGE上的ARG比局限于染色体的抗性决定因素具有更大的传播潜力。尽管受废水影响的水生环境经常表现出ARG、病原体和MGE的共现（Shen等，2026），但这些组成部分很少在整合框架内同时评估。特别是，水文变异性是否改变ARG、微生物宿主、HPB和MGE之间的关系在很大程度上仍未解决。
为解决这些知识空白，我们调查了北京的清河，这是一条具有代表性的再生水补给城市河流，在持续的人为输入下经历着明显的非汛期和汛期水文条件。除其生态功能外，该河流还充当重要的城市景观和休闲廊道，为人类暴露提供多种途径。我们对在非汛期和汛期代表时期从十个采样点收集的配对水体和沉积物样本进行了宏基因组测序。通过整合抗性组分析、ARG宿主鉴定、HPB筛选、MGE表征、距离衰减分析、中性群落模型（NCM）和偏最小二乘路径模型（PLS-PM），我们考察了水文变异性如何影响ARG组成、宿主关联、移动性潜力、空间组织和生态组装。
本研究在三个方面推进了当前理解。首先，它在统一的宏基因组框架内整合了微生物宿主身份、致病性和移动性潜力，将传统抗性组评估扩展到ARG丰度之外。其次，它证明了在再生水补给城市河流中，水文变异性与栖息地依赖性的ARG生物地理学、宿主组成和传播潜力变化相关联。第三，通过将生态理论与宏基因组证据相结合，它表明随机扩散和确定性环境过滤共同塑造了抗性组组装。这些发现为再生水补给城市河流的季节性AMR监测和风险评估提供了更强的生态学基础，同时为在变化的水文条件下管理城市水生生态系统提供了信息。
章节摘要
研究区域与采样
清河是位于中国北京北部的一条再生水补给城市河流。它向东流经三个行政区后汇入温榆河。河流全长约23.7公里，集水面积约150平方公里。持续的再生水补给结合其生态和休闲功能，使清河成为研究城市水生环境中抗生素抗性传播的代表性系统。
宏基因组数据集概览
来自40个复合样本产生了约400 Gb的原始宏基因组数据，包括20个水体样本和20个沉积物样本。质量控制后，高质量reads被保留用于下游组装和注释。样本间的测序深度相当，为ARG、ARG宿主和MGE的稳健比较分析提供了足够的覆盖度。原始测序数据已存入NCBI序列读取档案馆（BioProject: PRJNA1498821）。
共获得52,309个ACC。
水文季节性和栖息地共同塑造抗性组结构
清河支撑着一个高度多样化的抗性组，包含29种ARG类型和1,137个亚型，并表现出明显的栖息地特异性分化。水体中的ARG多样性始终高于沉积物，而汛期水体的ARG丰度和α多样性最高，其中β-内酰胺类抗性基因显著富集。这些发现表明，水文季节性与栖息地异质性相互作用以重组抗性组组成，而非单一因素驱动。
结论
本研究表明，水文季节性是再生水补给城市河流中抗生素抗性动态的重要驱动因素。抗性组表现出强烈的栖息地依赖性，水体中的多样性和季节性响应均强于沉积物。汛期水体是ARG富集的主要热点区域，尤其是β-内酰胺类抗性基因。
耐药性相关风险集中于少数微生物宿主中。携带ARG的人类致病...
CRediT作者贡献声明
王效昌： 监督。高赞： 撰写——初稿，调查，概念化。何一帆： 调查，数据管理。何子怡： 调查。李欣怡： 调查，数据管理。Mawuli Dzakpasu： 撰写——审阅与编辑。张琼华： 撰写——初稿，方法论，概念化。
利益冲突声明
? 作者声明，他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究受中国国家自然科学基金委员会、中国（项目编号：52270094；项目编号：52500119）、中国博士后科学基金（证书编号：2025MD774123）以及陕西高校新型智库：西北生态脆弱地区水污染控制与水环境建设研究院（项目编号：24JT011）资助。
高赞|何一帆|李欣怡|何子怡|张琼华|Mawuli Dzakpasu|王效昌
西北水资源、环境与生态教育部重点实验室，西安建筑科技大学，中国西安 710055
