作为一种新型污染物，抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，ARGs） 在全球范围的传播与扩散给生态环境和人类健康带来了严峻的挑战。抗生素的广 泛使用是导致选择性压力增加的主要原因，但已有研究证明，重金属也可以通过 共选择作用增加环境中 ARGs 的传播风险。我国土壤环境重金属污染问题十分突 出，特别是南方地区，由重金属污染带来的 ARGs 传播扩散问题应当引起重视。 然而，目前对我国南方重金属污染严重的土壤中 ARGs 的分布特征及其影响因素 的研究较少，且重金属影响 ARGs 传播扩散的驱动因子也不甚清楚。因此，论文 通过野外调查、室内微宇宙培养和盆栽实验等研究手段，结合高通量测序和高通 量定量 PCR 技术，以长沙-株洲-湘潭（长株潭）地区水稻土为研究对象，分析长 期重金属污染土壤 ARGs 的分布特征及主要影响因子；利用重金属污染土壤的修 复材料探讨其对 ARGs 分布的作用机制；同时阐明腐食性动物对畜禽粪便 ARGs 的生物削减效果及其虫粪对重金属污染土壤的生态效应。论文的主要结果如下：

      （1）基于重金属污染程度，在湖南省长株潭地区采集了 45 个水稻田土壤进 行 ARGs 丰度和多样性分析，在所有样品中共检测到 119 个 ARGs 和 9 个移动遗 传元件（Mobile genetic elements，MGEs），且所有土样均受到不同程度的砷（As） 镉（Cd）污染。通过回归分析发现，As 和 Cd 的单一污染指数（PIAs 和 PICd）和 内梅洛综合污染指数（NIPI）与 ARGs 丰度呈显著正相关关系（P < 0.05），表明 Cd 和 As 对 ARGs 的分布均具有共选择作用。细菌群落与 ARGs 的共现网络分析 结果显示，多种细菌类群和 ARGs 丰度显著相关，揭示了其广泛的潜在宿主范围 及 ARGs 在不同微生物之间传播的风险。结构方程模型分析表明，As 对 ARGs 的共选择作用高于 Cd 对其的影响。此外，我们还发现 As 污染可直接影响 ARGs 的丰度，Cd 污染则可通过影响细菌数量和移动遗传元件的丰度间接影响 ARGs 的丰度。

      （2）通过向重金属污染的土壤中添加用于重金属修复的纳米材料（纳米羟 基磷灰石 nHAP、纳米四氧化三铁 nFe3O4、纳米氧化钙 nCaO），探究纳米材料对 重金属污染土壤 ARGs 多样性和丰度的影响。结果显示，在 Cd 和 As 污染较重 的常丰土壤（CF）中，4% nCaO 的添加可以有效降低土壤 ARGs 的多样性，随 着培养时间的增加（7d 到 45d），三种纳米材料的添加均增加了土壤中 ARGs 的丰度；在 Cd 和 As 污染较轻的兴台土壤（XT）中，1%和 4% nCaO 的添加均可 以有效降低土壤中 ARGs 的多样性和相对丰度。此外，nHAP 可以提高土壤 pH 并显著增加土壤中有效态砷的含量，nFe3O4 可以显著降低土壤中有效态砷的含 量，nCaO 未改变土壤中有效态砷的含量。

      （3）为降低畜禽粪便中 ARGs 的传播风险，我们利用白星花金龟子幼虫对 畜禽粪便（猪粪、鸡粪）携带的 ARGs 进行生物堆肥处理，并通过盆栽实验分析 生物处理前后粪源性 ARGs 在土壤-植物系统的传播途径。结果发现，猪粪和鸡 粪经生物处理后分别有 82 和 93 个 ARGs 和 MGEs 被去除。猪粪经生物堆肥处理 后，约有 72.9%的 ARGs 和 MGEs 的相对丰度显著降低，而鸡粪中约有 78.8%的 相对丰度显著降低。NMDS 分析表明，将来源鸡粪的生物堆肥产物虫粪添加至 土壤后，非根际和根际土壤 ARGs 组成与未施肥处理的非根际土 ARGs 组成更为 接近，说明鸡粪来源的虫粪对土壤 ARGs 的丰度和多样性没有产生显著的影响。 结构方程模型结果表明，直接农用畜禽粪便（猪粪和鸡粪）是土壤中 ARGs 传播 扩散最主要的直接原因，而经生物堆肥转化后的虫粪处理中，MGEs 是影响 ARGs 传播迁移的主要因子。以上结果表明，生物堆肥对削减畜禽粪便中 ARGs 的多样 性和丰度具有显著的作用，虫粪农用可有效降低 ARGs 在土壤-植物系统以及食 物链中的传播风险。

      综上，通过对长株潭地区田间调查发现重金属污染对土壤 ARGs 的分布具有 重要影响；纳米材料等重金属修复材料对土壤 ARGs 的影响因土壤污染程度而 异，且对土壤重金属有效性具有一定的影响；利用白星花金龟子幼虫生物堆肥的 方式可有效降低畜禽粪便及土壤 ARGs 的传播风险，研究结果为重金属污染土壤 的修复以及降低 ARGs 通过食物链向人体传播的风险提供了重要的理论依据和 技术支撑。