塑料制品在現代社會的各個方面都不可或缺，這使得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不斷釋放到水環境中。隨著時間的推移，這些塑料被分解成直徑≤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，即所謂的“塑料圈”（Zettler等人，2013）。值得注意的是，塑料圈已被確認為抗生素抗性基因（ARGs）的熱點區域，為生物和非生物群落之間的基因交換提供了隔離的生態位。Wu等人（2023a）報告稱，塑料圈中抗抗生素微生物群（ARB）的密度比周圍環境高100至5000倍，從而促進了ARG的水平基因轉移（HGT）的頻率。此外，作為“特洛伊效應”的載體，MPs可以容易地吸附周圍環境中的大量污染物（Samaei等人，2025），進一步對塑料圈中的微生物群施加選擇壓力，從而加劇了抗微生物耐藥性（AMR）。因此，全面研究塑料圈中ARG的發生水平和調控機制對于確定MPs和AMR在水生生態系統中的命運和潛在風險至關重要。

潛流帶（HZ）是河流表層水和地下水之間的關鍵生態過渡帶，在調節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）發現，HZ中的潛流交換可以在短時間內增加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中。Yuan等人（2019）發現，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）總結了多個地區的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。大多數這些范圍達到或超過了1000個/千克（Yan等人，2021；Zhang等人，2025C），表明HZ環境中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，從而調節其垂直分布（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）發現，秦淮河沉積物巖芯中從淺層到深層的MPs濃度逐漸增加。鑒于HZ中物理化學性質的強烈垂直異質性（如溶解氧、氧化還原電位和營養物質），在HZ層間遷移的MPs將使塑料圈暴露于不同的環境中。由于AMR的擴散受到周圍環境因素的強烈控制，垂直分布的塑料圈中的微生物群落組裝和ARG傳播可能會發生顯著變化。然而，HZ中ARG的垂直分布模式以及塑料圈中微生物群落的響應仍很大程度上未知。

此外，HZ還被認為是底棲環境中生物地球化學轉化的熱點區域，尤其是在氮（N）循環方面（Van Der Hoven等人，2008；Zhou和Zhou，2023）。例如，Hinkle等人（2001）觀察到N轉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作為緩沖和凈化區，在維持氮平衡中起著關鍵作用，被稱為河流系統的“肝臟”。具體來說，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動（Wu等人，2018）。這些相互作用通過富含NO??的地下水與含氧但NO??貧乏的表層水之間的接觸產生了明顯的氧化還原梯度，從而促進了N循環，并可能影響ARG的動態（Shuai等人，2017）。鑒于NO??水平是HZ中N轉化和微生物群落響應的關鍵調節因素，地下水中的NO??污染加劇可能會加劇這些效應。事實上，由于農業和工業活動的影響，HZ地下水中的NO??污染日益嚴重，全國調查顯示自21世紀初以來濃度平均增加了29%，39%的樣本超過了WHO標準（Xu等人，2025）。在不同的水文交換條件下，ARG的發生和微生物群落可能對HZ中不同的NO??負荷下的環境壓力有不同的響應，尤其是對于參與N轉化的微生物群。先前的研究表明，ARG水平與N相關因素（包括參與N轉化的微生物群、功能基因和無機氮濃度）之間存在強烈關聯（Sun等人，2020；Wang等人，2021）。因此，HZ中高度活躍的N循環和獨特的水文交換可能在MPs遷移到HZ的不同層時對ARG的傳播起著重要作用。

在“同一健康”框架下，ARG在環境、動物和人類儲存庫之間的跨界傳播已成為一個關鍵的全球性問題。盡管人們越來越關注MPs引起的ARG傳播，但很少有研究關注HZ中水文交換引起的ARG傳播。特別是，上升流和下降流的對比效應，以及它們不同的NO??負荷和氧化還原特征如何重塑N循環路徑，從而調節垂直分布的塑料圈中的ARG傳播，目前尚未明確。鑒于與HZ水力連接的地下水常被用作飲用水和灌溉水源，闡明這些地下隔室中ARG的分布和潛在機制對于保護地下水質量和維護“同一健康”框架下的人類健康至關重要。

為了填補這些空白，本研究調查了在不同水文交換情景下，HZ中垂直分布的不同塑料圈中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化的功能響應，（3）揭示水文交換下HZ塑料圈中ARG傳播的關鍵機制。這些發現為水生系統中ARG的動態提供了新的見解，有助于生態風險評估，并為保護 groundwater質量和公共健康提供政策依據。