抗生素抗性基因（ARGs）作为环境中一类重要的新型污染物，其在土壤中的积累与传播已引起对生态安全和人体健康的担忧。目前，抗生素残留、重金属及有机肥施用等因素对土壤ARGs的影响已有报道，但作为微生物最直接碳源的溶解性有机质（DOM），其生物可利用性如何调控ARGs，尚缺乏系统认识。
2026年8月18日，华东师范大学生态与环境科学学院张思宇教授团队基于中国大陆尺度农田土壤调查、微宇宙培养实验，并结合宏基因组与宏转录组分析，发现高分子量DOM通过增强微生物竞争和病毒碳代谢功能，驱动土壤抗生素抗性组增殖的生态机制，为农田土壤抗性风险的精细化调控提供了新的科学依据。相关成果以“High molecular weight dissolved organic matter drives soil resistome proliferation by enhancing microbial competition and viral carbon metabolism”为题发表于国际微生物生态学期刊《The ISME Journal》。
图形摘要
研究团队采集我国四大水稻区18省141份农田土壤，利用超高分辨率质谱解析DOM分子组成，并结合宏基因组评估ARGs特征。结果表明，高分子DOM土壤中ARGs相对丰度、丰富度及高风险ARGs均显著升高，且76.5%与ARGs正相关的DOM分子属高分子组分（图1）。模型分析显示，高分子DOM丰度及其化学多样性是解释ARGs富集的重要因子，表明有机碳的分子结构与可利用性比总量更为关键。进一步通过宏基因组分箱获得132个高质量基因组草图（68个携带ARGs），发现这些宿主同时富集碳代谢、CAZyme及抗菌物质合成基因，高分子DOM土壤中此类多功能宿主丰度显著上升，提示复杂碳利用、微生物竞争与抗性防御存在协同关系。
图1：高、低分子量土壤的DOM和ARG特征，以及ARGs与不同分子量DOM组分的关联。
微宇宙培养实验验证了上述机制（图2）。在高分子DOM土壤中添加DOM后，ARGs转录水平提高约2.4倍，共携带宿主丰度提高约2.3倍，相关抗菌BGC表达也显著上调。同时，病毒携带的复杂碳降解辅助代谢基因转录水平提高约2.5倍，但病毒序列中未检出ARGs，表明病毒并非直接传播抗性基因，而是通过增强宿主对复杂碳源的利用能力间接提升其竞争适合度，从而驱动抗性基因库扩增。
图2：DOM添加的微宇宙实验中功能基因的转录响应。
华东师范大学为论文第一完成单位，张思宇教授为通讯作者，生态与环境科学学院2023级博士生刘子腾为第一作者。论文合作作者包括华东师范大学博士生赵欣迪，硕士生李嘉琪、黎舒心，以及浙江大学唐先进教授。该研究得到国家自然科学基金，教育部基础学科与交叉学科突破计划等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag212
来源：张思宇教授课题组
审核：陈然
