携带抗生素抗性基因的细菌在自然和人工水环境中广泛分布，但我们对抗生素抗性基因大尺度的地理分布及其与环境微生物群落的关系知之甚少。本研究中，我们综合运用高通量测序和高通量定量PCR技术分析了中国东部42个湖库水体以及1个典型城市污水处理系统中细菌群落和抗生素抗性基因多样性与组成。研究共发现一万多个细菌物种和两百多种抗性基因，抗性基因的组成和丰度呈现出明显的地理格局(但细菌群落呈现出比抗性基因更强的距离递减关系)，表现为中国中部和南部湖库抗性基因相对丰度显著高于北方，这和湖库所在流域的人口密度以及环境抗生素含量显著正相关。大部分抗性基因共存于湖库自然水体和城市污水生态系统中，但是在湖库中细菌群落-抗性基因关系弱于污水生态系统。更重要的发现是，在湖库水生态系统中抗性基因更倾向于和稀有细菌显著正相关，但是在污水生态系统中抗性基因和优势细菌的正相关关系更强。这表明在自然水环境中稀有细菌可能是抗性基因的主要携带者，它们构成了一个可以和污水生态系统进行抗性基因交换的抗性功能"种子库"。在高浓度抗生素选择压力下，这些"种子"可能存在定向富积、以及向致病菌传播和扩散的风险。这种自然水体和污水生态系统中不同的细菌群落-抗性基因关系也暗示着微生物在生长繁殖和抗生素抗性之间存在一种权衡机制。本研究结果不仅为抗性功能基因的大空间尺度生物地理分布提供了宝贵的基础数据，而且有助于进一步全面认识在社会水循环过程中抗性基因大尺度的扩散过程和交换格局。此外，本研究在公共健康和环境风险管理方面也具有一定的应用价值。