环境DNA技术在水生入侵生物监测中的应用

生物入侵严重威胁入侵地的生态系统平衡及社会经济发展和公众健康,已日益成为全球性最重大的生态环境问题之一。外来生物的早期监测和预警对防控外来生物入侵、维护生态系统平衡和保护环境具重要意义。但外来水生生物,得益于其形体微小、形态多变等生理生态特性,与陆生外来生物相比隐蔽性更强、更易扩散,通常难以及时监测和有效防控,正严重威胁着水生生态系统的健康与稳定,其早期监测和预警更加迫切也更具技术挑战。环境DNA(environmental DNA,eDNA)技术通过检测环境样品中的DNA来解析生物物种组成及丰度,可实现生物物种的高效鉴别及多生物群落监测,与耗时费力的传统形态学生物监测相比,具低耗、高效、高灵敏度及对生物体无损伤等特点,其在外来水生生物监测方面具有十分广阔的应用前景。本文总结了eDNA技术在水生入侵生物监测研究中的应用实例;从eDNA的获取、条形码区域的PCR扩增和数据分析3个方面探讨了eDNA技术实施的方案、关键步骤;最后对促进其在水生生物入侵风险预警应用的方向及前景进行了展望。

环境DNA宏条形码监测湖泊真核浮游植物的精准性

环境DNA(eDNA)宏条形码(metabarcoding)技术是一种基于分子的生物多样性高效监测手段,近年来越来越多地被应用于生态环境中生物要素的监测和评估.开展eDNA宏条形码监测技术的标准化和规范化研究,是将其业务化推广应用的前提.本研究以高原湖泊滇池和抚仙湖的真核浮游藻类为研究对象,探究了基于18S-V9宏条形码测序深度对生物多样性监测的影响;通过分析平行样本间物种分类单元的交叉率及α多样性的变异率(coefficient of variation,CV),评估了eDNA宏条形码监测真核浮游藻类结果的精确性.并采用eDNA宏条形码监测数据评估了滇池和抚仙湖北的真核藻类多样性.结果表明:(1)测序深度显著影响宏条形码技术检出物种的数目,适合滇池和抚仙湖北的eDNA真核藻类多样性分析的测序深度为≥30000条;(2)重复样品(n=3)间遗传分类单元(OTU)交叉率达到45.97%±1.67%,可注释分类单元(属)交叉率达到64.21%±3.25%,α多样性的变异率<10%.(3)基于现有DNA条码数据库,滇池和抚仙湖北分别鉴定出真核藻类75属和90属,覆盖本地历史记录形态学物种的62.5%和71.05%.(4)滇池不同水深的真核藻类多样性无明显差异,抚仙湖的真核藻类多样性具有显著垂直分布特征.和抚仙湖北部相比,滇池真核藻类多样性显著偏低,滇池南部的生物多样性明显高于中部和北部(P<0.05).综上,本研究建立了eDNA宏条形码技术监测结果的精确性评价方法,验证了基于18S-V9引物监测真核浮游植物多样性的可行性,结果可促进eDNA宏条形码监测技术推广与应用.