《Journal of Environmental Sciences》：Elevated nitrogen exerts stronger effects on sediment resistomes than trace antibiotics in sediment-water microcosms
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•高氮对抗生素抗性基因（ARGs）的传播影响比微量抗生素更大。•高氮使ROS防御能力提高30.8%，并增强了外排泵的活性。•高氮使MGEs增加18.79%，从而促进了ARGs的传播。•高氮加速了ARGs向反硝化细菌的传播。引言由细菌抗微生物素耐药性（AMR）引发的全球公共卫生危机
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高氮对抗生素抗性基因（ARGs）的传播影响比微量抗生素更大。
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高氮使ROS防御能力提高30.8%，并增强了外排泵的活性。
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高氮使MGEs增加18.79%，从而促进了ARGs的传播。
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高氮加速了ARGs向反硝化细菌的传播。
引言
由细菌抗微生物素耐药性（AMR）引发的全球公共卫生危机已成为21世纪人类社会面临的最严峻挑战之一（Martinez, 2008）。抗生素抗性基因（ARGs）作为AMR的核心遗传基础，可以通过水平基因转移（HGT）在不同物种之间传播，使易感细菌迅速获得抗性，对生态安全和人类健康构成持续威胁（Kneis et al., 2022）。在中国，市政污水处理厂（WWTP）的出水已成为中国北方水资源短缺地区城市河流生态流量补充的最稳定和可靠的非传统水源（Larsen et al., 2016; Qu et al., 2022; Tortajada, 2020）。然而，WWTP的出水同时向接收水体排放高浓度的氮营养物质和微量抗生素，形成了独特的人工复合污染系统，这被认为是自然水环境中抗生素抗性基因（ARGs）的主要人为来源（Ben et al., 2018; Gunathilaka et al., 2025; Wang et al., 2022）。因此，抗生素抗性的传播是一个限制出水安全生态再利用的关键问题。
虽然抗生素使用的增加是ARGs扩散的公认主要原因，但越来越多的证据表明，非抗生素污染物也能促进抗生素抗性的出现和传播（Fang et al., 2024; Qin et al., 2026; Shi et al., 2022）。其中，由于WWTP出水引起河流氮营养物质浓度的变化受到了广泛研究关注，因为这些变化重塑了接收水体的微生物群落结构，进一步改变了河流生态系统的功能（Zhang et al., 2024; Zhao and Xie, 2023）。先前的研究表明，在高氮条件下，细菌的生长速率加快，代谢活动增强，从而增加了ATP的产生，为ARGs的水平传播提供了生物学基础（Windels et al., 2024）。即使在没有抗生素选择压力的环境中，氮营养物质的水平也能通过调节抗微生物菌（ARB）的环境适应性来影响AMR的进化和传播（Lin et al., 2019）。
值得注意的是，微生物基因组中ARGs与硝酸盐还原基因之间存在强烈的共现模式，在潜在的硝酸盐还原微生物的宏基因组组装基因组（MAGs）中检测到超过60%的ARGs（Yuan et al., 2021）。这表明，在富含硝酸盐的环境中数量较多的反硝化细菌（例如
为了解决这一差距，本研究旨在使用受控的沉积物-水微宇宙来揭示驱动ARGs传播的机制，重点研究关键氮营养物质和四种微量抗生素（磺胺甲噁唑SMX、罗红霉素ROX、环丙沙星CIP、四环素TC）在环境相关浓度下的联合效应。磺胺类抗生素是全球分布最广的抗生素类别，其次是大环内酯类抗生素，而在亚洲和非洲，喹诺酮类和四环素类的检出频率和污染水平更高（Yan et al., 2025）。我们通过一个受控实验系统建立了六种暴露情景，包括两种氮梯度和三种抗生素水平。我们假设，在环境相关浓度下，氮营养物质的增加而不是微量抗生素是WWTP出水接收河流系统中ARGs传播的主要驱动因素，这一过程是通过富集的氮循环微生物实现的，这些微生物作为关键的ARG宿主和HGT载体。我们的发现预计将为WWTP出水质量的优化、氮和抗生素的协同控制以及城市河流中微生物生态风险的缓解提供科学和理论支持。
章节片段
实验设计
沉积物采集自一条典型城市河流的上游控制点（水库出口），该河流接收WWTP的出水（Zhang et al., 2024），沉积物的物理化学性质已全面表征，并在表S2中呈现。沉积物被运输回实验室后，通过2毫米筛网去除大颗粒和树枝状物，然后彻底混合并均匀放置在水烧杯底部。
氮营养物质和抗生素复合污染对氮转化和有机物降解的影响
系统中的氮形态和浓度发生了显著动态变化（图1）。在高氮处理组中，NO3--N浓度在整个实验过程中持续累积，而在低氮组中未观察到显著波动。相比之下，NH4+-N浓度在初始阶段较高，随后在所有处理组中逐渐下降（图1）。氮转化过程的不同直接改变了生长情况。
结论
这项沉积物-水微宇宙研究表明，在所考察的压力因素（氮营养物质和微量抗生素）中，氮营养物质而非微量抗生素是模拟WWTP出水接收条件下沉积物微生物群落中ARGs传播的主要驱动因素。主要结论如下：
(1)在测试的浓度范围内，氮营养物质主导了河流沉积物中微生物群落结构和病原体风险的变化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
CRediT作者贡献声明
张颖：写作——初稿撰写、软件开发、方法论设计、研究实施、概念构思。霍阳：写作——审稿与编辑、项目管理工作、资金筹集、概念构思。范伟：写作——审稿与编辑、资源协调、概念构思。朱启宇：验证工作、研究实施。张志兰：验证工作、研究实施。张志若：资源协调、资金筹集。霍明新：监督工作、资源协调、项目管理工作。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号52422007和52270197）、吉林省科技发展计划（编号20220101182JC）以及东北师范大学国家青年人才攀登计划（编号2412025PD011）的支持。
张颖|霍阳|范伟|朱启宇|张志兰|张志若|霍明新
