塑料制品在現(xiàn)代社會的各個方面都不可或缺，因此21世紀被稱為“塑料世紀”（Yan等人，2024a）。然而，低回收率和不當處理導致大量塑料廢物持續(xù)釋放到水環(huán)境中。隨著時間的推移，這些塑料被分解并破碎成直徑≤5毫米的微塑料（MPs）。微生物群落定殖在MPs上并形成微生物聚集體，這被稱為“塑料圈”（Zettler等人，2013）。值得注意的是，塑料圈已被確定為抗生素抗性基因（ARGs）的熱點區(qū)域，為生物和非生物成分之間的基因交換提供了隔離的生態(tài)位。Wu等人（2023a）報告稱，塑料圈中抗生素抗性微生物（ARB）的密度大約是周圍環(huán)境的100至5000倍，從而導致ARGs的水平基因轉(zhuǎn)移（HGT）更加頻繁。此外，作為“特洛伊效應(yīng)”的載體，MPs可以容易地吸附周圍環(huán)境中的大量污染物（Samaei等人，2025），進一步對塑料圈中的微生物群落施加選擇壓力，從而加劇了抗菌抗性（AMR）。因此，全面研究塑料圈中ARGs的存在水平和調(diào)控機制對于確定MPs和AMR在水生生態(tài)系統(tǒng)中的命運和潛在風險至關(guān)重要。

潛流帶（HZ）是河流水面水和地下水之間的關(guān)鍵生態(tài)過渡帶，在調(diào)節(jié)MPs的垂直遷移中起著重要作用（Dichgans等人，2023；Drummond等人，2022）。例如，Zhang等人（2025a）報告稱，HZ中的MPs可以通過潛流交換轉(zhuǎn)移到深層沉積物中，且MPs的豐度隨HZ沉積物深度的增加而減少。Drummond等人（2020）發(fā)現(xiàn)，HZ中的潛流交換可以在短時間內(nèi)增加MPs的總體遷移時間和滯留時間。一旦進入河水，由于老化和微生物定殖導致的密度增加，MPs會因重力作用沉入表層沉積物。Yuan等人（2019）發(fā)現(xiàn)，鄱陽湖表層沉積物中的MPs豐度（54–506個/千克）顯著高于表層水體（5–34個/升），表明沉積物是MPs的匯。Chen等人（2025a）報告稱，MPs濃度通常從表層水體向底層水體增加，夏季達到最大值9.77個/升，冬季為9.81個/升。此外，Zhang等人（2025C）總結(jié)了多個地區(qū)的HZ中MPs濃度：中國玉龍河流域為247–1708個/千克，中國東南部為570–14,200個/千克，法國艾因河流域為609–1070個/千克，意大利西北部為1033.3–10,600個/千克，印度喀拉拉邦為1675.59–2932.99個/千克。大多數(shù)地區(qū)的MPs濃度達到或超過1000個/千克（Yan等人，2021；Zhang等人，2025C），表明HZ環(huán)境中MPs的污染非常普遍且嚴重。此外，在潛流交換、降雨和底棲生物擾動的影響下，沉積的MPs可以通過HZ沉積物進行垂直遷移，從而調(diào)節(jié)其垂直分布（Heinze等人，2021；Xia等人，2023；Wazne等人，2025）。Ling等人（2022）報告稱，HZ的水文交換顯著改變了聚苯乙烯MPs的滯留行為和垂直分布。Niu等人（2021）發(fā)現(xiàn)，秦淮河沉積物巖芯中MPs的濃度從淺層向深層逐漸增加。鑒于HZ中物理化學性質(zhì)的強烈垂直異質(zhì)性（如溶解氧、氧化還原電位和營養(yǎng)物質(zhì)），在HZ各層之間遷移的MPs會將塑料圈暴露于不同的環(huán)境中。由于AMR的擴散受到周圍環(huán)境因素的強烈控制，因此垂直分布的塑料圈中微生物群落的組裝和ARG的傳播可能會發(fā)生顯著變化。然而，HZ中ARG的垂直分布模式以及微生物群落的響應(yīng)仍很大程度上未知。

此外，HZ也被認為是底棲環(huán)境中生物地球化學轉(zhuǎn)化的熱點區(qū)域，尤其是在氮（N）循環(huán)方面（Van Der Hoven等人，2008；Zhou和Zhou，2023）。例如，Hinkle等人（2001）觀察到N轉(zhuǎn)化的強烈垂直氧化還原梯度：在較深的HZ中以硝酸鹽（NO??）為限制的反硝化作用為主，而在較淺的HZ中則同時存在硝化和反硝化作用。因此，HZ充當緩沖和凈化區(qū)域，在維持氮平衡方面起著關(guān)鍵作用，被稱為河流系統(tǒng)的“肝臟”。具體而言，HZ的特點是表層水和地下水之間的強烈垂直水交換，這種交換由地下水的補給和排放過程驅(qū)動（Wu等人，2018）。這些相互作用通過富含NO??的地下水與含氧但缺乏NO??的表層水之間的接觸形成了明顯的氧化還原梯度，從而促進了N循環(huán)，并可能影響ARG的動態(tài)（Shuai等人，2017）。鑒于NO??水平是HZ中N轉(zhuǎn)化和微生物群落響應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素，地下水中的NO??污染加劇可能會加劇這些效應(yīng)。實際上，由于農(nóng)業(yè)和工業(yè)活動的影響，HZ地下水中的NO??污染日益嚴重，全國調(diào)查顯示自21世紀初以來濃度平均增加了29%，39%的樣本超過了世界衛(wèi)生組織的標準（Xu等人，2025）。在不同的水文交換條件下，ARG的存在和微生物群落可能對HZ中不同NO??負荷下的環(huán)境壓力產(chǎn)生不同的響應(yīng)，尤其是對參與N轉(zhuǎn)化的微生物群落。先前的研究表明，ARG水平與N相關(guān)因素（包括參與N轉(zhuǎn)化的微生物群落、功能基因和無機氮濃度）之間存在強烈關(guān)聯(lián)（Sun等人，2020；Wang等人，2021）。因此，HZ中高度活躍的氮循環(huán)和獨特的水文交換可能在MPs遷移到HZ不同層時對ARG的傳播起著重要作用。

在“同一健康”框架下，ARG在環(huán)境、動物和人類儲存庫之間的跨界傳播已成為一個全球性的關(guān)鍵問題。盡管人們越來越關(guān)注MPs引起的ARG傳播，但很少有研究關(guān)注HZ中水文交換引起的ARG傳播。特別是，上升流和下降流的相反流動及其不同的NO??負荷和氧化還原特性如何重塑氮循環(huán)途徑，從而調(diào)節(jié)垂直分布的塑料圈中ARG的傳播，這一點尚未闡明。鑒于與HZ水力連接的地下水常被用作飲用水和灌溉水源，闡明這些地下儲層中ARG的分布和潛在機制對于保護地下水質(zhì)量和維護“同一健康”框架下的人類健康至關(guān)重要。

為了解決這些空白，本研究調(diào)查了在不同水文交換情景下HZ中不同垂直分布的塑料圈中ARG的傳播模式和潛在機制。通過使用宏基因組測序方法，本研究的目標是：（1）探索不同水文交換條件下HZ塑料圈中ARG的垂直分布；（2）研究塑料圈中微生物群落的變化及其氮轉(zhuǎn)化的功能響應(yīng)；（3）揭示水文交換條件下HZ塑料圈中ARG傳播的關(guān)鍵機制。這些發(fā)現(xiàn)為水生系統(tǒng)中ARG的動態(tài)提供了新的見解，有助于生態(tài)風險評估，并為保護 groundwater質(zhì)量和公共衛(wèi)生提供政策依據(jù)。