基于环境DNA宏条形码的红枫湖鱼类多样性研究

2020年11月，按地理区域将贵州省清镇市猫跳河梯级水电站拦河而成的典型喀斯特高原型深水人工水库红枫湖水域划分为南湖（S1、S2、S3）和北湖（S4、S5、S6）共6个采样点，利用eDNA(environmental DNA, eDNA)宏条形码技术探究了贵州喀斯特高原水域鱼类多样性。结果：共监测到鱼类28种，隶属于4个目、13个科、25个属，其中梭鲈属（Sander）、鲚属（Coilia）、鳜属（Siniperca）、乌塘鳢属（Bostrychus）和鲈属（Perca）为优势属；南北湖鱼类群落空间分布差异性不显著（P>0.05），但各样点鱼类群落组成差异明显，其中S2鱼类群落多样性指数最高（Chao1 618.9;Shannon 3.16）,S6鱼类群落多样性指数最低（Chao1 190.87;Shannon 0.98）。在所有鱼类组成中，鲈形目共13种，占46.43%，这表明该水域可能受人工养殖及引种放流等影响而导致外来物种入侵。结果表明，环境DNA技术可用于喀斯特高原水域的鱼类多样性及空间分布研究，并丰富了红枫湖鱼类基础资料及调查手段。     

长江口海上风电场水域鱼类群落结构特征及其与环境因子的关系

为探明长江口海上风电场水域的鱼类群落结构及其影响因素, 本研究利用多元统计和冗余分析(RDA)等方法对该水域鱼类群落组成及其与环境因子的关系进行分析。春、秋季共获得鱼类 28 种, 隶属 6 目 15 科 26 属; 鲈形目鱼类占比最高(57.14%), 其中以虾虎鱼科鱼类最多(21.43%)。鱼类组成以海洋性、暖温性、底层鱼类为主。春季优势种为棘头梅童鱼 (Collichthys lucidus) 、刀鲚 (Coilia nasus) 、凤鲚 (Coilia mystus) 、拉氏狼牙虾虎鱼 (Odontamblyopus lacepedii)和鮸(Miichthys miiuy), 秋季优势种为龙头鱼(Harpadon nehereus)、凤鲚、棘头梅童鱼、 刀鲚和鮸。多样性分析和 ABC 曲线表明, 调查水域鱼类群落结构处于受干扰状态。T 检验显示, 风电场水域鱼类的丰度、生物量、丰富度指数(D)、均匀度指数(J'')和多样性指数(H'')均与邻近水域无显著性差异(P＞0.05)。等级聚类和非度量多维排序(NMDS)表明, 长江口海上风电场及邻近水域鱼类群落分为春季和秋季 2 个组群。相似性检验 (ANOSIM)显示 2 个组群差异极显著(R=0.726, P＜0.01), 群落结构的季节更替明显。RDA 表明鱼类群落结构受溶氧、 温度、深度和盐度的综合影响, 不同环境因子对不同生活史阶段优势种的影响作用不同。结果表明, 长江口海上风电场及邻近水域鱼类群落结构的干扰状态主要与季节和环境因素相关, 风电场对其影响有限。     

基于环境DNA技术的东平湖鱼类多样性研究

东平湖是黄河下游重要滞洪湖泊,也是南水北调东线最后一个调蓄湖泊。为探究东平湖鱼类多样性现状及鱼类群落特征,本研究采用环境DNA (environmental DNA, eDNA)技术,与传统网具捕捞调查进行对比分析,阐述东平湖鱼类群落多样性特征,探讨环境DNA技术在东平湖鱼类多样性长期监测中的可行性。结果显示,应用环境DNA技术共检测到5目7科23属23种鱼类。进一步分析显示,Shannon-Wiener多样性指数平均值为1.04,变幅在0.21～2.36;Pielou均匀度指数平均值为0.54,变幅在0.29～0.81;Margalef丰富度指数平均值为0.75,变幅在0.13～2.09。相似性分析(analysis of similarities, ANOSIM)表明,多样性指数在湖区与河道之间没有显著差异。非度量多维尺度分析(non-metricmultidimensionalscaling,NMDS)显示,东平湖鱼类群落可划分为4个群聚结构,分别位于东平湖沿岸、湖心以及两条河道内,群聚结构总体差异显著(R<1,P<0.05)。传统网具捕捞调查共捕获4目6科21属24...     

象山港水域虾类群聚结构特征

利用2011年5月～2012年4月象山港水域开展的10个航次桁杆拖网虾类资源调查资料,运用多元分析方法分析了象山港水域虾类群聚结构的时空特征。调查期间共捕获虾类25种,分属于6科、16属;主要优势种为葛氏长臂虾(Palaemon gravieri)、巨指长臂虾(Palaemon macrodactylus)和日本囊对虾(Marsupenaeus japonicus),这些种类周年均有分布。象山港虾类群聚结构存在显著的时空异质性。空间结构上虾类群聚可分为港湾底部、乌沙山电厂毗邻水域和港湾中口部水域三个群聚类型,日本囊对虾和巨指长臂虾等优势种类在空间分布上的差异性是造成虾类群聚空间异质性的直接原因,盐度和底质类型等可能是导致虾类群聚空间异质性的环境成因。从季节上看,象山港虾类群聚可分为春冬型和夏秋型两种类型,造成这种季节种类组成差异的原因为中华管鞭虾(Solenocera crassicornis)和细巧仿对虾(Parapenaeopsis tenella)等洄游性种类仅能在研究水域季节性分布,此外增殖放流也会引起增殖目标种类数量的季节性增长。     

环境DNA在水域生态中的研究进展

环境DNA(environmental DNA,eDNA)是指生物通过皮肤脱落、唾液、配子、粪便以及分泌物等方式向环境中释放的游离DNA。环境DNA具有敏感性、准确性以及容易操作等诸多优势,更能实时地反映物种多样性以及生物量等,近两三年受到了世界各地学者们的大量关注。水域环境高度复杂,环境DNA在水域生态领域具有重要的应用价值。本文主要从环境DNA在水域生态的应用以及研究方法方面对环境DNA的研究做一小结,同时介绍环境DNA在其他生境的应用,以期为水域生态的研究提供参考。     

鄱阳湖湖口鱼类资源现状调查

2014年5月-12月对鄱阳湖湖口县水域鱼类资源进行逐月调查,对该水域鱼类种类组成、渔获物结构、优势种、群落多样性指数和单位捕捞努力量渔获量(CPUE)进行分析。结果显示,在鄱阳湖湖口水域共采集鱼类52种,隶属于7目12科40属;优势种分别为鲤(Cyprinus carpio)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鲫(Carassius auratus)、鳙(Aristichys nobilis)和光泽黄颡鱼(Pelteobagrus nitidus),占样本个体总数的61.34%;Shannon-Wiener多样性指数(Hi)为2.59,Margalef种类丰富度指数(D)为6.09,Pielou均匀度指数(J')为0.65,Simpson优势度指数(λ)为0.87,相对稀有种数(R)为97.87%;该水域定置网CPUE为1.10~6.21 kg/d,与湖口水位呈显著正相关(P0.05)。鄱阳湖湖口水域渔业捕捞个体以小型鱼类居多,洄游型鱼类的幼鱼补充群体数量极少,鱼类群落多样性指数有上升趋势。     

环境DNA分析技术—一种水生生物调查新方法

掌握珍稀濒危和外来入侵物种的分布状况对于物种保护和管理十分重要。环境DNA(Environmental DNA)分析通过收集、分离和分析环境样品中的DNA来检测物种是否存在,是一种低耗、高效、高灵敏度的无损伤性物种监测新技术(e DNA)。本文综述了环境DNA技术的发展、分析方案、优势及存在的问题,主要综述了该方法在外来入侵物种足迹追踪、濒危珍稀水生生物资源调查和物种多样性分析中的研究现状,并对环境DNA分析技术在生物多样性保护研究中的应用前景进行了展望。     

基于环境DNA metabarcoding的西轩岛近海鱼类多样性研究

鱼类多样性的保护对于生态系统的科学管理和资源的可持续利用至关重要。环境DNA metabarcoding技术的出现和应用为水生生物的调查与监测带来了强有力的技术革新。本研究以浙江舟山近海岛屿——西轩岛为例,设计了4个不同采样站位,先后于2019年2月(冬季)、5月(春季)和11月(秋季)共采集水样12个,通过环境DNA提取、扩增、高通量测序以及生物信息学分析,对西轩岛近海鱼类多样性进行了分析,同时评估了鱼类多样性的时空差异。结果显示,共监测到鱼类33种,隶属于12目26科32属,其中,鲈形目(Perciformes)种类最多,共19种,约占所有种类的57.6%。不同采样季节的多样性指数和均匀度指数均存在显著差异,表明季节可能是影响西轩岛近海鱼类多样性的因素之一。综合时间和空间分析的结果显示,在繁殖季节且远离舟山本岛一侧的采样点监测到的鱼种数量更多。通过比对之前传统渔业资源调查的结果发现,不同季节优势种存在较大变化,可能与采样点数量较少且集中有关。进化树富集结果显示,各季节的优势鱼种与传统调查手段的结果有较大差异,表明目前环境DNA仍不能完全替代传统调查方法,但可以将环境DNA方法与传统的调查方法相结合,以确保监测结果的准确性和可靠性。     

长江口鱼类群落的多样性分析

根据2010年至2011年4个季度的底拖网鱼类资源调查资料,同时根据不同水域的盐度特征,将长江口的30个站位从河段水域至口外依次分为3个水域(Zone-1、Zone-2、Zone-3)进行分析,从构成群落的物种分类水平、丰度、二元数据和分类阶元4个角度首次探讨了长江口鱼类群落4个多样性指数(种类数目、Pielou均匀度指数、分类学多样性指数、平均分类学指数)的分布特征。结果显示,4个指数的季节变化均不显著。而种类数目和反映群落不同物种之间亲缘关系的平均分类学指数在空间上变化明显。平均物种数目由Zone-1(3.49种)至Zone-3(10.17种)的升高趋势反映出海洋对河口作用的逐渐增强;平均分类学指数的变化增加趋势说明Zone-1的物种亲缘关系最近,如Zone-1只记录8科鱼类,而Zone-2和Zone-3分别记录20和19科鱼类。虽然反映不同物种的个体数量分布特征的Pielou均匀度指数和反映群落不同个体之间亲缘关系远近的分类学多样性指数空间上差异均不显著,但它们却呈现相反的变化趋势。多样性指数的空间差异要大于季节差异,可能与盐度对河口区鱼类群落的分布影响最大有关。本研究通过长江口鱼类群落不同多样性测度的分析,证实不同多样性测度方法提供的信息不一致,旨在为更全面地分析河口区鱼类群落特征提供依据。     

带鱼保护区春秋季鱼类群落特征及与环境因子的关系

基于2014年5月(春季)和11月(秋季)在带鱼保护区进行的渔业资源底拖网调查数据,采用非度量多维标度(NMDS)、典范对应分析(CCA)和分类回归树(CART)方法研究了带鱼保护区春、秋季鱼类群落空间结构和群落多样性,以及它们与环境因子的关系。结果显示,该水域春季共捕获鱼类75种,隶属14目49科63属;秋季捕获鱼类78种,隶属15目50科64属。春、秋两季鱼类空间结构均可划分为2个组群,经单因子相似性(ANOSIM)分析,不同季节的2个组群间均存在显著性差异。CCA分析表明,影响春、秋季鱼类群落分布的主要环境因子有温度、盐度、水深以及浮游动物。春季多样性指数平均值为1.65±0.60,丰富度指数为2.46±0.90,秋季多样性指数平均值为1.42±0.53,丰富度指数为1.89±0.60。CART分析表明,影响春季多样性和丰富度的主要因素有Chl.a、DO、水深、p H和浮游动物(磷虾类和浮游幼体);秋季多样性主要受温度、水深和盐度的影响,丰富度主要受水深和温度的影响。     

胶州湾及其邻近海域鱼类群落结构及与环境因子的关系

 为了进一步研究胶州湾及其邻近水域鱼类群落结构及与环境因子的关系, 本文根据2011年冬季(2月)、春季(5月)、夏季(8月)和秋季(11月)在胶州湾及其邻近海域进行的渔业资源和环境调查数据, 应用相对重要性指数、生态多样性指数和多元分析方法等研究了胶州湾鱼类群落结构及其季节变化, 并分析了胶州湾鱼类群落结构与主要环境因子的关系。结果表明: 本次调查共捕获鱼类57种, 隶属于2纲10目31科46属, 种类组成以暖温性和暖水性鱼类为主。主要优势种有方氏云鳚(Pholis fangi)和六丝钝尾虾虎鱼(Amblychaeturichthys hexanema)等。胶州湾鱼类群落物种丰富度指数D的季节变化范围为1.02~1.65, 多样性指数H’变化范围为1.36~1.73, 均匀度指数J′变化范围为0.61~0.76。方差分析表明, 丰富度指数的季节变化显著, 而均匀度指数J′和多样性指数H′无显著性季节变化。单因子相似性(ANOSIM)分析表明, 胶州湾鱼类群落结构和种类组成存在明显的季节更替现象。相似性百分比分析(SIMPER)表明, 方氏云鳚、六丝钝尾虾虎鱼、细纹狮子鱼、斑、赤鼻棱鳀和皮氏叫姑鱼等是造成群落结构季节变化的主要分歧种。典范对应分析表明, 影响胶州湾及其邻近海域鱼类群落结构的主要环境因子为水温、盐度和pH, 其次是底质类型, 条件效应分别为0.310、0.084、0.176和0.256。本研究旨在通过分析胶州湾鱼类群落结构和多样性特征及其与环境因子的关系, 为胶州湾渔业资源的保护和可持续利用提供科学依据。

     

The sceptical optimist: challenges and perspectives for the application of environmental DNA in marine fisheries

Application of environmental DNA (eDNA) analysis has attracted the attention of researchers, advisors and managers of living marine resources and biodiversity. The apparent simplicity and cost‐effectiveness of eDNA analysis make it highly attractive as species distributions can be revealed from water samples. Further, species‐specific analyses indicate that eDNA concentrations correlate with biomass and abundance, suggesting the possibility for quantitative applications estimating abundance and biomass of specific organisms in marine ecosystems, such as for stock assessment. However, the path from detecting occurrence of an organism to quantitative estimates is long and indirect, not least as eDNA concentration depends on several physical, chemical and biological factors which influence its production, persistence and transport in marine ecosystems. Here, we provide an overview of basic principles in relation to eDNA analysis with potential for marine fisheries application. We describe fundamental processes governing eDNA generation, breakdown and transport and summarize current uncertainties about these processes. We describe five major challenges in relation to application in fisheries assessment, where there is immediate need for knowledge building in marine systems, and point to apparent weaknesses of eDNA compared to established marine fisheries monitoring methods. We provide an overview of emerging applications of interest to fisheries management and point to recent technological advances, which could improve analysis efficiency. We advise precaution against exaggerating the present scope for application of eDNA analysis in fisheries monitoring, but also argue that with informed insights into strengths and limitations, eDNA analysis can become an integrated tool in fisheries assessment and management.     

长江十年禁渔后保护与发展

长江是我国鱼类多样性最高的河流，同时也是我国最重要的淡水渔业资源产区。然而，近几十年来受水域污染、水工程建设、湖泊围垦、航运发展、过度捕捞和外来种入侵等多重因素的影响，长江流域生态系统面临着逐渐衰退的困境，主要表现为鱼类种类数减少、鱼类濒危物种程度加剧、鱼类资源小型化趋势明显、鱼类资源呈衰退趋势和外来物种种类增多等。长江十年禁渔，对恢复长江水生态环境和保护水域生物多样性提供了重要的机遇。作者建议统筹协调长江生态保护与渔业发展的关系，创新流域管理体制与机制，根据长江水生态系统结构与功能变化，适时调整服务目标，其目的旨在实现对长江流域水生态环境的保护和渔业资源的可持续发展提供科学依据。     

大型河流中鱼类组成的eDNA监测效率:以长江武汉江段为例

为了探讨大型河流中的 eDNA 监测效率, 以长江为大型河流的代表, 以鱼类为水生生物的代表, 分析传统捕捞监测和 eDNA 监测结果的差异, 研究 eDNA 监测技术对长江武汉江段鱼类组成的监测能力、监测效率、平行样设置等问题。结果显示: (1) 用 1 对 eDNA 宏条形码引物(mlCOIintF/jgHCO2198R)共监测到 89 种鱼类, 其中 30 种可与历史捕捞调查记录互相确认, 另外 59 种需要更完善的条形码数据库来解决序列比对注释问题; (2) 9 月在武汉监测断面, 可用单引物(mlCOIintF/jgHCO2198R) eDNA 监测到的物种最优估计约 99 种, 单样品 eDNA 监测的鱼类物种检出能力约为 26 种, 检出效率约为 25.8%; (3) 在 80%的检出度目标下, 需要约 10 个平行样, 在 95%的检出度目标下, 需要约 17 个平行样。本研究在长江武汉江段鱼类 eDNA 监测效率和平行样设置的相关量化结果可为长江其他断面及其他大型河流的 eDNA 监测提供量化参考。同时, 本研究表明, 更完善的 DNA 宏条形码数据库和合适的平行样设置是未来 eDNA 监测作为常规监测手段进行运用的前提。     

庙岛群岛毗邻海域底层渔业生物群落多样性特征

庙岛群岛毗邻海域位于黄渤海交汇处,是渔业生物的重要栖息地与洄游通道,也是生物多样性的热点区域。为系统掌握庙岛群岛毗邻海域渔业生物多样性特征及其影响因素,分别于2020年9、11、12月和2021年3―12月对该海域底层渔业生物开展了调查,共鉴定出渔业生物115种,其中,鱼类49种,软体动物29种,甲壳动物28种,棘皮动物8种,腕足动物1种。鱼类主要为白姑鱼(Pennahia argentata)、虾虎鱼类和其他鱼类;甲壳动物主要为口虾蛄(Oratosquilla oratoria)、日本鼓虾(Alpheus japonicus)和其他甲壳类。3―6月庙岛群岛毗邻海域底层渔业生物高密度区主要集中在调查海域东南部,7、8月集中分布于调查海域西南部,其余调查月份没有明显的高密度集中分布区。7―10月整个调查区域呈现出较高的生物多样性,而11、12月则具有较高的渔业生物丰度和生物量。白姑鱼和日本鼓虾在生物量(r= –0.75, P<0.01)和丰度(r= –0.73, P<0.01)方面均具有极显著的负相关。主要生物类群和环境因子的冗余分析(redundancy analysis, RDA)表明,水深和温度可能是影响庙岛群岛毗邻海域底层渔业生物的主要因子(P<0.05),其中,棘皮动物和酸浆贝(Terebratella coreanica)与水深表现出正相关性,其他大部分种类与温度表现出正相关性。丰度生物量比较曲线(abundance-biomass comparison curves, ABC曲线)分析发现,庙岛群岛毗邻海域ABC曲线虽然各有不同,但大部分W统计值为负,仅有3个月的W统计值为正(接近于0),说明该海域底层渔业生物群落整体受到较高程度干扰,仅部分季节呈现中等程度干扰,群落处于不稳定状态。本研究可为庙岛群岛毗邻海域生物多样性保护提供科学基础,同时,为探究典型岛屿生物多样性形成的内在、环境与人为因素提供基础资料和数据支持,但典型岛屿生态系统生物多样性的形成与演化机制尚需进行长时间序列深入研究。     

象山港黄姑鱼增殖放流效果评估及增殖群体利用方式优化

以回捕渔获重量和对繁殖群体的补充能力为评价指标,借助标志放流-回捕实验,利用模型模拟分析方法,定量评估浙江象山港黄姑鱼(Nibea albiflora)的增殖放流效果;同时,结合其增殖目标定位,探索构建生态高效的增殖群体利用方式。研究结果表明,象山港黄姑鱼增殖群体的捕捞死亡系数为1.31,在该捕捞强度下,11055尾增殖放流鱼苗可产生737 kg回捕渔获收益,同时还向增殖水域补充了554尾初次性成熟个体,增殖放流活动在一定程度上起到了修复象山港黄姑鱼资源、促进渔民增产增收的效果。结果表明,捕捞强度过大是制约象山港黄姑鱼增殖放流功效发挥的重要因素,捕捞死亡系数应降至0.46,同批次黄姑鱼增殖放流所能提供的回捕渔获重量和性成熟个体尾数可分别较现行捕捞强度提升41.49%和326.90%。综上述,象山港黄姑鱼增殖放流的生态和经济功效较为显著,合理降低对增殖群体的捕捞强度是进一步提升其增殖放流效果的必要措施。     

渤海莱州湾硬骨鱼类早期资源群落结构及演变

莱州湾作为黄渤海众多渔业生物关键栖息地,其鱼类早期发生量和补充量直接影响渤海乃至黄海渔业资源动态及其可持续性。实验基于历史调查资料并结合补充调查,构建莱州湾鱼卵、仔鱼调查数据集,通过数理统计和时间序列分析阐述近40年来莱州湾鱼类早期资源(浮性鱼卵、仔稚鱼)群聚特性和演替过程。结果显示,莱州湾鱼类早期资源结构处在持续更替过程中,不同时期早期资源的种类组成、资源丰度、优势种类和物种多样性水平等呈明显季节更替。鱼卵和仔稚鱼种类数和资源丰度均在2010s (2010—2019,以下同此表示)初期跌至历史低值,近年来均又呈现一定程度回升。鱼卵和仔稚鱼种类数由1980s的44种,1990s前期的34种、后期的40种,2000s的35种,逐次下降至2010s前期的24种,2010s中后期开始逐步回升至38种。当前鱼卵种数仅为1980s的60%左右,资源丰度不足彼时三分之一;仔稚鱼种数为1980s的四分之三左右,资源丰度约为彼时的90%。生命周期短、性成熟早、处于食物链低端的中上层和底层小型鱼类为莱州湾鱼类早期资源的主体成分。长期变化,相同季节优势种种类更替现象明显,且近年来呈明显加快趋势;鱼卵仔稚鱼...     

Essential Fish Habitat and the Effective Design of Marine Reserves: Application for Marine Ornamental Fishes

Extensive and unregulated harvest of marine ornamental fishes can lead to localized depletion of target species and habitat degradation from inappropriate collecting techniques. One potential solution to these problems is the creation of marine reserves where fishing is prohibited. Marine reserves have been shown to increase fish abundance and protect ecosystems from habitat destruction associated with fishing. If protective areas are to be effective, they must include the diversity of habitats necessary to accommodate the wide range of fish species that are of interest to the marine ornamental fish trade.Fish assemblages with high diversity and abundance are often associated with habitats of high structural complexity. A relationship between fish size and reef complexity suggests the importance of shelter as a refuge for certain fishes in avoiding predation. Many species tend to aggregate to spawn in structurally complex habitats to reduce their risk of predation. Closing of spawning areas during aggregation periods has been shown to be a highly effective management strategy for these species. The limited home ranges and high degree of habitat specificity associated with many marine ornamental fishes should make marine reserves a highly effective strategy for managing these resources.     

山东近海渔业物种多样性与环境因子的关系

当前山东近海的渔业资源与生态环境面临较大压力,对海洋中的生物多样性水平有着较大影响。为探究山东近海生物多样性的空间分布特征及影响多样性水平的环境因子,实验基于2017年冬季在山东近海进行的渔业资源和环境调查数据,分析了整体与山东近海3个不同海域的物种数、辛普森多样性(Simpson’s index of diversity)、香农多样性指数(Shannon-Wiener index of diversity)、皮尔洛均匀度(Pielou evenness index)等物种多样性指数的空间分布,利用随机森林算法评估了多样性指数与环境因子所构建模型的拟合优度并且探究两者间的依存关系,研究将山东近海分成3个区域并将分区作为空间因子加入到算法模型中。结果显示,山东近海的多样性水平空间分布上呈现半岛南部海域高于北方的烟威渔场及其临近海域、莱州湾渔场的趋势。物种数和香农多样性指数模型拟合效果较好,方差解释率达到77.46%和45.66%,而对Pielou均匀度指数的拟合效果较差。研究表明,无论整体海域模型还是分区模型,海底温度、海底盐度及海水深度等3种环境因子都是对多样性指数最为显著的影响因子,...