東北地理所在寒區湖泊抗生素抗性基因季節性動態及驅動機制研究方面取得進展
抗生素耐藥性已成為重要的環境與公共健康問題，但寒區湖泊中抗生素抗性基因（ARGs）的季節性變化、不同介質的驅動因素及風險水平仍缺乏系統認識。季節性結冰會顯著改變湖泊水動力、微生物活動及污染物遷移過程，因此，明確冬季湖冰在ARGs豐度年度循環動態中的作用，對于認識寒區淡水生態系統抗生素耐藥性風險具有重要意義。
中國科學院東北地理與農業生態研究所水環境健康與模擬學科組以典型季節性冰封湖泊——查干湖為研究對象，結合全年野外觀測、宏基因組測序和可解釋機器學習等方法，系統研究了ARGs在冰層、水體和沉積物中的季節性分布、驅動機制及冰封期和融化期的風險變化。研究發現，冬季冰層中ARGs、移動遺傳元件（MGEs）及其微生物宿主均顯著富集，表明湖冰可能作為抗生素耐藥性的季節性儲存介質。進一步的驅動因素分析表明，冰層、水體和沉積物中的ARGs受不同機制調控。在冰層中，MGEs是與ARG豐度關聯最強的因素，說明低溫、低光和水動力相對穩定的冰層可能更有利于ARG相關遺傳物質的保存與滯留；而在水體和沉積物中，ARGs則主要受微生物宿主介導的生態過程影響，抗生素、水質條件和藻類可通過改變宿主的生長、群落演替等生態過程，進一步影響ARGs的豐度和分布。春季融冰后，冰層相關ARGs、MGEs及微生物宿主對春季水體表現出一定的潛在來源貢獻，ARG相關風險熱點由局部區域向湖區內部擴展，同時ARGs、MGEs、微生物宿主及毒力因子之間的生態關聯發生明顯重組，表明融冰可能推動抗生素耐藥性由冬季儲存狀態向春季潛在再分布狀態轉變。
研究進一步提出了冰封湖泊抗生素耐藥性的全季節多介質分布框架，即開放水期遷移與水—沉積物交換、冬季冰層儲存以及春季融冰后的潛在再分布。該研究揭示了不同環境介質中ARGs驅動機制的季節性轉換，深化了對寒區湖泊抗生素耐藥性全年動態的認識，并為冰封湖泊抗生素耐藥性的全年監測和風險管理提供了理論依據。
圖1 冰封湖泊中ARGs全季節多介質分布、儲存與再分布的概念框架
相關研究成果發表于國際知名期刊 Water Research（中國科學院一區TOP，IF=12.8）。由水環境健康與模擬學科組的鞠含俞副研究員為第一作者，張敬杰研究員、苑一凡科研助理為通訊作者等共同完成。研究得到了國家自然科學基金項目（42471089、42361144719）、吉林省博士后擇優資助項目（2025000154）、吉林省國際科技合作項目（20240402026GH）及吉林省第七批青年人才托舉工程（QT202330）的資助。
論文信息如下：
Hanyu Ju, Yifan Yuan*, Lili Jiang, Chi Song, Jie Li, Shubin Zou, Richard Kipserem Korir, Karina Yew-Hoong Gin, Jingjie Zhang*. Winter ice regulates antibiotic resistance dynamics through seasonal genetic reservoirs across lake compartments. Water Research, 2026.
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https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.127053
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