文章信息

TITLE：Linkage and driving mechanisms of antibiotic resistome in surface and ground water: Their responses to land use and seasonal variation
譯名：地表水和地下水中抗生素耐藥性的連鎖和驅(qū)動機(jī)制：它們對土地利用和季節(jié)變化的響應(yīng)
期刊：Water Research
第一作者：張露博士生，計(jì)磊碩士生
通訊作者：王智研究員，寧康教授
通訊單位：中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院，華中科技大學(xué)
下載鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118279

亮點(diǎn)

? 地表水和地下水中抗生素耐藥基因（ARGs）季節(jié)變化不一致。
? 地表水和地下水之間ARGs聯(lián)系在雨季更密切。
?土地利用對ARGs的影響在地表水和旱季更加強(qiáng)烈。
?土地利用對地表水和地下水產(chǎn)生影響的最佳緩沖區(qū)隨季節(jié)發(fā)生變化。
?可移動基因元件（MGEs）介導(dǎo)的隨機(jī)過程主導(dǎo)抗性基因群落構(gòu)建。

研究進(jìn)展

抗生素誘導(dǎo)產(chǎn)生的抗生素耐藥基因（ARGs）已成為21世紀(jì)全球公認(rèn)的環(huán)境與公共安全問題。地表水和地下水作為重要的水資源由于受到人類活動的影響已成為ARGs污染的熱點(diǎn)。盡管地下水和地表水之間存在水文連通性，但地下水中的環(huán)境，包括水滯留時(shí)間、人為干擾、溶解氧和光照等條件與地表水顯著不同。目前對這兩種水環(huán)境中ARGs污染的區(qū)別與聯(lián)系的認(rèn)知仍十分有限。土地利用作為人類活動在空間上的系統(tǒng)反映，已被證明是ARGs形成的重要原因。以往的研究主要集中在特定土地利用類型對地表水ARGs的影響，對于不同土地利用類型對地表水和地下水ARGs的聯(lián)動影響以及規(guī)模效應(yīng)仍不清楚。此外，ARG通常存在于微生物群落中，ARGs分布在很大程度上受微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。之前的研究已經(jīng)證實(shí)隨機(jī)過程和確定性過程影響微生物群落構(gòu)建，但是地表水和地下水之間ARGs組成和微生物群落的生態(tài)過程和形成機(jī)制是否有相似性和差異性，以及它們?nèi)绾螒?yīng)對不同的外部干擾，如土地利用和季節(jié)變化，目前尚不清楚。

圖1 圖形摘要

本研究以江漢平原洪湖流域?yàn)檠芯繉ο?#xff0c;利用宏基因組技術(shù)對流域內(nèi)地表水和地下水中的ARG污染進(jìn)行了調(diào)查，探討地表水與地下水中ARGs的污染特征、生態(tài)過程與形成機(jī)制、及其對土地利用和季節(jié)變化的響應(yīng)問題。研究結(jié)果表明，地表水和地下水中ARGs的豐度和多樣性在季節(jié)上的變化并不一致，并且在雨季地表水和地下水中ARGs之間的關(guān)系密切。土地利用對ARGs的影響在地表水強(qiáng)于地下水，而且在旱季強(qiáng)于雨季。有趣的是，土地利用對地表水和地下水ARGs影響最強(qiáng)烈的最佳緩沖區(qū)并不相同，地表水的最佳緩沖區(qū)為1500m（旱季和雨季），而地下水最佳緩沖區(qū)為1000m（旱季）和500m（雨季）。此外，由可移動基因元件（MGEs）介導(dǎo)的隨機(jī)過程比確定性過程對ARGs群落構(gòu)建的貢獻(xiàn)更大，尤其是在地下水中。最后，依據(jù)人類致病菌（HBP）所攜帶的MGEs上的ARGs風(fēng)險(xiǎn)水平最高，我們基于重疊群分析了ARGs、MGEs和HBP共存情況來評估ARG在地表水和地下水中的潛在風(fēng)險(xiǎn)。研究結(jié)果表明無論是旱季還是雨季，地下水中存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)更高。
本研究深入了解了季節(jié)和土地利用對地表水和地下水中ARGs污染、生態(tài)過程及形成機(jī)制的影響，并對ARGs所產(chǎn)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評估，有助于制定有效的管理策略，控制復(fù)雜人類活動流域內(nèi)的ARGs污染。

圖2 ARGs在地表水和地下水中共存。地表水和地下水在旱季(a)和雨季(b)共存的抗性基因亞型的數(shù)量。rpoB2?、OpmH(d)、sul1(e)、arnA(f)的豐度在地表水和地下水中的相關(guān)性

圖3 土地利用對ARGs的影響。不同季節(jié)和空間尺度下土地利用對地表水（a）和地下水（b）中ARGs的解釋率

圖4 ARGs群落組成的驅(qū)動因素。PLS-PMA模型被用于揭示地表水（a）和地下水（c）中土地利用、理化因子、MGEs、微生物群落和ARGs之間的關(guān)系。Pro=變形菌門；Act=放線菌門；Bac=擬桿菌門；Fir=厚壁菌門；Cya=藍(lán)藻門。柱狀圖顯示了土地利用、理化因子、MGEs和微生物群落對地表水(b)和地下水(d)中ARGs的影響

圖5 ARGs群落構(gòu)建的生態(tài)過程。隨機(jī)過程在旱季和雨季對地表水和地下水中ARGs群落構(gòu)建的貢獻(xiàn)

END

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的文献解读|地表水和地下水中抗生素耐药性的连锁和驱动机制：它们对土地利用和季节变化的响应的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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