水环境抗生素耐药菌（ARB）和抗生素耐药基因（ARGs）引发的耐药性污染问题日益严重，已引起科研人员和社会公众的极大关注。曲蛟教授带领的环境污染与控制化学研究团队围绕水环境ARB/ARGs的定量检测、环境行为及风险控制开展了系列创新性研究工作，研究成果发表于Environ. Sci. Technol.、Water Res.、Sci. Total Environ.等环境领域权威学术期刊上，得到了国内外同行专家的正面引用，部分科研成果获得2020年度和2023年度吉林省科学技术奖自然科学奖二等奖。

一、耐药基因的定量检测

针对常规基因检测方法存在的耗时、成本高、易污染、操作复杂等问题，开发了灵敏度高、操作简单、成本低的电化学传感器，应用与四环素耐药基因（Tc-ARGs）的准确定量检测。基于单链四环素耐药基因（ss-tet）探针与氧化石墨烯（GO）间的非共价键吸附/解吸作用，实现了对水中五种四环素耐药基因亚型（tetA、tetD、tetX、tetW、tetE）的灵敏检测，并成功用于生活污水、污水处理厂初沉池和二沉池中四环素耐药基因的快速检测，且该传感器抗干扰能力强，呈现出良好的实际应用前景（Sci. Total Environ., 2024, 906: 167615）。

图1 基于非共价吸附策略的电化学传感器检测四环素耐药基因含量

二、抗生素耐药菌和耐药基因的环境行为

揭示了太阳光照和溶解性有机质（DOM）对Tc-ARGs降解和四环素耐药菌（Tc-ARB）失活/复苏演变过程的影响机制。四环素特异性外排泵的破坏是光照诱导Tc-ARB失活的内在机制。DOM通过产生其激发三线态、单线态氧和羟基自由基，促进了Tc-ARB的失活，并进一步抑制了四环素耐药性的表达。光诱导失活的Tc-ARB在黑暗条件下可以发生暗修复，恢复四环素耐药性表达，DOM促进了光失活Tc-ARB的再活化，四环素则抑制了其重新活化。光失活的Tc-ARB的再活化主要归因于细胞膜上四环素特异性外排泵的修复。光照可诱导Tc-ARB处于存活但不可培养（VBNC）状态，且VBNC态Tc-ARB主导了其暗修复，增强了Tc-ARG的潜在传播风险。Tc-ARGs在模拟光照条件下可发生光降解，DOM的存在进一步抑制了Tc-ARG的水平转移，减少了ARGs在表层水中的传播扩散风险。（Water Res., 2020, 185:116241；J. Hazard. Mater., 2023, 454: 131560）。

图2 光照和DOM对Tc-ARB影响机制研究

三、抗生素耐药菌和耐药基因的风险阻控

阐明了二氯自由基（Cl2•−）和硫酸根自由基（SO4•−）介导的消毒处理对残余Tc-ARB暗修复及残余Tc-ARGs垂直转移的影响机制。研究发现，Cl2•−介导的消毒不能有效抑制残余Tc-ARB的暗修复及残余Tc-ARGs的垂直转移。而SO4•−凭借其强氧化性，可以在结构、代谢及抗氧化酶活性等多个方面对Tc-ARB造成更严重的破坏，削减消毒处理后存活但不可培养状态Tc-ARB的丰度，进而抑制残余Tc-ARB的暗修复。此外，利用激光闪光光解技术测定了Cl2•−与4种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶及胸腺嘧啶）反应的二级速率常数，发现SO4•−与4种碱基反应的二级速率常数比Cl2•−高出1-2个数量级。因此，SO4•−介导的消毒处理可以对Tc-ARGs造成更严重的氧化损伤，从而有效抑制残余Tc-ARGs的垂直转移（Environ. Sci. Technol., 2024, 58: 5578-5588）。

图3 Cl2•−及SO4•−介导的消毒处理对残余Tc-ARB暗修复及残余Tc-ARGs垂直转移的影响机制研究