2024年5月1日，beat365官方网站和生态研究中心姚蒙研究組在Environment International在線發表了題為“Passive eDNA sampling facilitates biodiversity monitoring and rare species detection”的研究論文。該研究在長江入海口與黃海沿岸比較評估了常規主動過濾法和課題組自主研發的被動采樣器（PEDS）采集環境DNA（eDNA）對魚類多樣性和瀕危物種長江江豚的檢測效果。eDNA宏條形碼（metabarcoding）分析顯示兩種采樣方法捕獲了相當的物種豐富度和相似的群落結構，且長江江豚僅在PEDS樣品中被檢測到。物種特異性定量PCR（qPCR）結果顯示，PEDS檢出長江江豚的樣點數、捕獲的eDNA量和探測概率均高于過濾法。該研究驗證了PEDS在複雜自然水體環境中采集eDNA調查生物多樣性的應用潛力，突出了PEDS在捕獲低豐度和偶發性物種方面的優勢。與傳統的水樣過濾富集eDNA方法相比，PEDS展現了其在生物多樣性監測和瀕危物種檢測中的靈敏性、高效性和便利性，為未來的生物監測和生态保護提供了新途徑。

研究方法示意圖及比較PEDS和常規過濾法檢測魚類多樣性結果。

為了科學保護淡水和海洋生态系統，準确高效地評估水生生物多樣性及其變化趨勢至關重要。eDNA技術利用環境中脫落的DNA（例如，水、土壤、空氣）而非直接捕獲生物體，實現高效且非侵入性地生物群落調查。盡管eDNA技術提高了生物監測的效率和準确性，但常規的主動過濾的eDNA采集方法仍面臨諸多挑戰，包括勞動強度大、耗時長、濾膜易堵塞、交叉污染風險高，以及對過濾設備和電源的依賴等。本課題組研發的基于玻璃纖維濾膜的PEDS通過被動吸附收集水中的eDNA，避免了諸多主動過濾法的缺陷，提供了一種更簡便、高效、經濟的替代方案。然而，對于生物多樣性豐富且環境複雜的自然水體，該eDNA采樣方法的有效性尚未得到充分驗證。

圖1. 左：PEDS構成示意及實物圖；右：研究區域、采樣點設置和兩種eDNA采樣方法檢測魚類多樣性和長江江豚的結果。

該研究區域設置在具有豐富的淡水、鹹淡水及海洋生物群落的長江入海口與黃海沿岸（圖1）。長江，作為亞洲最長、世界第三長的河流，其河口流入黃海和東海的交彙區域，是世界生物多樣性極為豐富的生态系統之一。淡水與海水的交彙帶來了充沛的營養物質，為水生生物的覓食、産卵和幼體生長發育提供了理想環境，同時也是魚類洄遊的重要通道。

課題組在這一生物多樣性極為豐富且生态環境複雜的區域利用主動過濾與PEDS兩種方法進行eDNA采集，并運用eDNA metabarcoding方法進行分析。研究結果顯示共計檢出98種淡水和海洋魚類，兩種方法捕獲的魚類物種豐富度無顯著差異（圖2）。基于相對序列豐度數據的魚類群落分析顯示，兩種采樣方法獲得的全研究區域的群落和單個樣點的群落結構均相似（PERMANOVA, p > 0.05）。空間約束的層次聚類分析顯示，兩種采樣方法均呈現出長江與海水生境魚類群落構成的明顯差異（圖3）。

圖2.（a）兩種采樣方法檢出魚類物種數量的累計曲線；（b）兩種方法在各采樣點上檢出物種數的成對比較。

圖3. 基于空間約束的群落層次聚類分析。結果顯示兩種eDNA采樣方法檢測魚類群落沿江（海）岸的空間變異模式相同。

有趣的是，利用eDNA metabarcoding方法在5個采樣點的PEDS樣品中檢測到長江江豚（圖1），而在所有過濾樣品中均未發現其蹤迹。長江江豚是長江中下遊的特有物種和我國一級重點保護野生動物。白鱀豚滅絕後，江豚成為長江中唯一的鲸豚類動物。然而，受食物資源匮乏、航運幹擾、水利工程建設和水質污染等人類活動的影響，長江江豚瀕臨滅絕。IUCN紅色名錄将其列為極危（CR）物種，目前野生種群數量僅存1000餘頭。為了評估不同eDNA采樣方法在檢測水生稀有物種方面的定量效能，進一步使用長江江豚物種特異的引物進行qPCR分析。qPCR結果顯示，有7個采樣點的PEDS樣品檢測到了江豚的eDNA，相比之下，僅在2個采樣點的水過濾樣品中檢出了江豚。此外，PEDS樣品中富集的eDNA濃度顯著高于過濾樣品（圖4）。占域模型的分析結果顯示，PEDS對江豚的探測概率為0.803（SE: 0.091）高于過濾方法的探測概率0.407（SE: 0.095）。

圖4. 兩種采樣方法檢出的長江江豚eDNA濃度。

該研究驗證了PEDS在複雜的水生（淡水、鹹淡水及海洋）生态系統中進行eDNA采集和生物多樣性監測的有效性。相較于傳統的水過濾富集eDNA方法，PEDS在探測稀有和偶發的物種方面展現出優勢。本研究被動eDNA采樣方法的發展将有助于高效、經濟、便利地應用eDNA技術進行生物多樣性調查、瀕危物種探測、入侵物種監測等。

研究者在長江（左）與黃海沿岸（右）進行eDNA樣品采集。

beat365官方网站博士生陳曉宇為本論文的第一作者，姚蒙研究員為論文的通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、北京大學生命科學院啟東創新基金等的資金支持。感謝beat365官方网站啟東實踐團所有參與和協助野外工作的老師和同學。感謝北京大學生命科學産業研究院及啟東早鷹教育員工給予采樣活動的支持。

原文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.108706