城郊关键带是受人类活动影响巨大，并且土壤生态系统服务矛盾最激烈的地 带，是研究地球关键带的理想区域，然而至今对于城郊关键带的研究还非常薄弱。 随着城市化和工业化的快速发展，城郊成为了城市有机废物的处置场所，导致有 机废弃物中的抗生素、重金属等污染物流入到城郊生态系统中，使城郊关键带面 临着紧迫的生态环境问题，特别是抗生素滥用所引发的耐药性问题已引起全世界 的广泛关注。然而，当前对抗生素抗性基因 (antibiotic resistance genes, ARGs) 的 研究多是针对某一介质或在特定时间点进行分析，对于流域内 ARGs 的整体归趋 认识尚浅，尤其是对城郊关键带的研究还非常有限，因而不能全面理解抗性基因 的空间和时间动态变化。土壤和植物作为关键带最重要的两个组成部分，与关键 带的生态系统服务和人类健康密切相关。本文以正处于快速城镇化水平的樟溪流 域内的微生物群落和 ARGs 作为研究对象，在流域尺度下选取代表性样点，采集 关键带中的土壤和植物样品，通过高通量荧光定量 PCR (HT-qPCR)分析抗性基 因的丰度及多样性，基于 16S rRNA 扩增子高通量测序获得城郊土壤和植物叶际 微生物的群落组成信息，在流域尺度下刻画抗性基因的时空分异特征，系统分析 驱动携带抗性基因的微生物富集的关键因子，阐明抗性基因富集与微生物群落结 构变化间的耦合机制。本研究的主要结果如下：

      （1）通过 HT-qPCR 技术，本研究在流域尺度下的城郊土壤样品中共检测到 222 个 ARGs，说明抗性基因在环境中普遍存在，并且土壤是一个丰富的抗性基 因库。与森林土壤相比，农田土壤的 ARGs 呈现出更高的多样性，并且几乎所有 在森林土壤中检测到的 ARGs 也存在于农田土壤中。随机森林模型分析表明流域 尺度下土壤 ARGs 的水平分布格局与土地利用类型密切相关。土壤抗生素抗性基 因的垂直分布则受到土壤剖面深度和人类扰动的影响，土壤抗性基因的丰度和多 样性随着土壤剖面垂直深度的加深而下降。Mantel test 和冗余分析进一步表明细 菌群落的变化是引起抗性基因分布变化的主要因素之一。此外，研究发现 ARGs 的丰度与可移动遗传元件 (mobile genetic elements, MGEs) 的丰度呈显著正相关， 表明了抗生素抗性基因在城郊地区扩散的巨大潜力。这些研究结果拓宽了我们对城郊地区土壤 ARGs 分布和扩散的认识，揭示了人类活动是驱动流域尺度下城郊 土壤抗生素抗性基因分布和扩散的主要因素。

      （2）本研究在流域尺度下探讨了时间和空间对城郊土壤 ARGs 分布的相对 重要性。研究表明土壤 ARGs 的组成具有距离衰减趋势，即 ARGs 组成之间的相 似性随地域距离的增加而明显减少。研究进一步发现 ARGs 的地理衰减效应受到 季节变化的影响，其中春季、夏季和冬季的距离衰减效应显著，秋季则不显著 (P = 0.1806)。与抗性基因的分布相似，土壤细菌群落的相似性在流域尺度下也呈现 出距离衰减现象，并且研究结果显示春季距离衰减曲线斜率的绝对值大于夏季和 冬季，表明季节更替会影响土壤微生物群落构建过程中随机生态过程与确定性生 态过程的平衡，进而间接影响 ARGs 的分布和扩散。而 ARGs 和细菌距离衰减曲 线的拟合率均较低 (R 2 < 0.1)，表明 ARGs 和细菌群落组成的相似性随地理距离 的衰减效应弱，即 ARGs 和细菌群落组成的相似性在地理距离上差异不大。此外， 研究发现土壤 ARGs 组成之间的相似性与季节变化呈显著负相关，表明季节更替 会显著影响土壤 ARGs 的组成。随机森林模型进一步表明，与空间距离和微生物 群落相比，季节更替对流域尺度下土壤 ARGs 的分布发挥着更重要的作用。这些 研究结果将有助于我们进一步认识空间和时间变异在调节土壤 ARGs 组成的相 对重要性，为预测环境变化下的 ARGs 分布提供了新的视角。

       （3）本研究通过 HT-qPCR 和 16S rRNA 扩增子测序技术表征了城郊农田和 森林土壤-植物体系中的 ARGs 和细菌群落组成。在 83 个土壤以及对应的叶际样 品中一共检测到 167 个 ARGs，12 个 MGEs，几乎涵盖了目前主要的抗生素类型。 根据 PCoA 分析显示，森林叶际样本与农田叶际样本呈现明显的聚类分布，表明 受人类活动剧烈影响下的农田植物叶际 ARGs 的组成和结构与森林植物叶际不 同 (PERMANOVA, P < 0.01)，说明农业活动可能是造成叶际抗生素抗性基因分 布的一个关键因子。与复杂的土壤微生物组相比，植物叶际细菌的组成相对简单， 主 要 由 变 形 菌 门 (Proteobacteria) 、 厚 壁 菌 门 (Firmicutes) 和 拟 杆 菌 门 (Bacteroidetes) 组成。Mantel test 分析则表明，ARGs 的组成结构与细菌群落变化 显著相关 (Spearman’r = 0.1155, P = 2.0 × 10-4 )，这在一定程度上解释了土壤ARGs 的多样性显著高于植物叶际 ARGs 的现象。通过双边网络分析进一步表明，所有在叶际上检测到的 ARGs 都存在于土壤样品中。综上，这些研究结果增加了我们 对城郊地区植物叶际 ARGs 分布的认知，揭示了土地利用类型是影响植物叶际 ARGs 组成的一个重要因素，并且在流域尺度内的研究表明，城郊关键带中的土 壤是叶际抗性菌和抗性基因的重要来源。