环境DNA技术在软体动物资源中的应用

环境DNA(environmental DNA,eDNA)是指有机体与外界进行物质交换(摄食、排泄等)时脱落的DNA片段.eDNA技术是指从环境样品(土壤、沉积物、水体等)中直接提取DNA片段后,利用测序技术对生物进行定性或定量分析.与传统方法相比,eDNA技术具有效率高、分辨率高、采样无损伤性等优点.环境DNA技术自问世以来,受到了广泛的应用,主要应用于水生生物的生物监测、保护生物学(单(多)种检测、丰度估计)、入侵生物学(早期物种检测、被动监视)和环境监测等.综述了环境DNA技术在软体动物研究中的取样方法、研究进展、优势、局限,以及该方法在软体动物入侵物种防治、濒危物种保护、物种多样性评价和生物量检测中的研究现状,同时对环境DNA在软体动物资源中的应用前景进行了展望,以期为软体动物资源多样性的研究和保护提供新的技术和手段.     

环境DNA技术在水生生物监测中的挑战、突破和发展前景

近年来,人类活动影响导致水生态系统平衡遭到破坏,水生生物多样性锐减水生态健康状况堪忧。快速、有效地监测水生生物是评价水生态健康,科学开展水生态环境保护和管理的前提。环境DNA(environmental DNA,eDNA)技术是一种运用分子生物学方法,从环境样品中提取DNA并进行测序和分析来反映物种信息的技术。由于该技术只需采集环境样品(水、土壤、沉积物等)便能获得大量物种信息,具有非入侵性、灵敏性及低成本等特点,近年来备受关注。但是,已有的研究实践表明,目前eDNA技术仍然面临一些挑战,阻碍了其常态化、业务化应用。本文从生物多样性调查、入侵和濒危物种监测、食性研究等方面列举了eDNA技术在水生生物监测中的应用实例;并总结了目前eDNA技术在采样效率、假阳性和假阴性、来源不确定性、数据库缺失和定量结果不准确等5个方面所面临的问题挑战;进一步探讨了研究者针对这些问题所提出的相应的解决方案和技术突破。最后,对eDNA技术未来的发展前景进行了展望,以期为研究人员使用eDNA技术提供启发。     

基于eDNA技术的白洋淀微型生物群落监测

传统形态学监测无法识别绝大多数微型生物,环境DNA(eDNA)宏条形码技术提供了一种新型高效的生物监测手段。以白洋淀为例,采用eDNA宏条形码测序技术,开展白洋淀微型生物群落监测,揭示了白洋淀微型生物群落组成、序列数、多样性等的时空分布,比较了eDNA技术和传统形态学方法对藻类的检出能力,分析了eDNA技术的灵敏度和还原力。结果表明:eDNA宏条形码技术检出白洋淀7个微型生物类群的4 569个OTU,分属于567个种,其中细菌(除蓝藻门)最多,原生动物次之,古细菌最少;时间上,白洋淀主要微型生物类群秋季生物多样性最高,夏季次之,微型生物类群的序列数、门与属水平的相对丰度也呈现出明显的季节特征。空间上,优势门类在各采样点的分布大致相似,Epsilonbacteraeota等部分相对丰度较少的门类分布明显不均衡;时间和空间变化均影响白洋淀微型生物群落的组成和分布,季节变化的影响更显著;eDNA比传统形态学方法具有更高的检出能力,二者联合使用更有利于全面获取微型生物组成信息。研究全面揭示了白洋淀微型生物群落信息,探索了eDNA宏条形码技术在北方湿地的应用,印证了该技术的高效性和灵敏度。     

基于高通量测序技术的鱼类环境DNA研究中通用引物的筛选验证

为了筛选出一个或多个适宜研究环境DNA(environmental DNA,eDNA)的鱼类通用引物,本实验选取了5对引物,分别对鱼类线粒体细胞色素b(Cytochrome b,Cyt b)基因、16S rDNA和细胞色素c氧化酶Ⅰ(COⅠ)基因部分片段进行扩增。在对两个水样eDNA进行扩增后发现,引物CY45M和1634M均扩增出目的条带,且扩增产物质量适用于后续的高通量测序,而引物CYFM、16ACM和COⅠM均没有扩增出目的条带。继续对另外7个水样eDNA扩增后发现,引物CY45M和1634M在所有水样eDNA中均取得良好的扩增效果。对目的产物进行Illumina Miseq测序后发现,引物CY45M和1634M扩增产物注释上的鱼类物种均为11种,二者获得的鱼类种类既存在差异也存在重复。综上所述,引物CY45M和1634M都可作为鱼类群落结构eDNA研究的通用引物。     

一种水环境eDNA提取方法的建立

[目的]建立高效实用的水样环境DNA提取方案。[方法]采用滤膜法和沉淀法对2个不同大小的水域进行eDNA提取并对所获得的eDNA进行PCR扩增。其中,滤膜法设置50、100、200 mL 3个水样体积试验组,每组3个平行;沉淀法设置10、20、40 mL 3个水样体积试验组,每组3个平行。[结果]大型水塘水样经滤膜法处理后获得的eDNA浓度更高;小型水池采用滤膜法和大型水塘采用沉淀法处理水样后经PCR检测可获得更明显的扩增结果。[结论]该研究建立的滤膜法和沉淀法可用于不同水环境eDNA的提取。     

山溪鲵属的水样环境DNA分析方法的建立

通过优化建立一套符合山溪鲵属物种环境DNA (environmental DNA,eDNA)分析的操作方法,为后期山溪鲵属资源调查及保护提供理论依据.以太白山溪鲵为研究对象,在室内养殖条件下,进行水样过滤及目标物种线粒体细胞色素b (Cytb)基因的扩增,根据测序序列构建系统发育树,来判定水样DNA中目标物种的归属.结果 表明:(1)通过酒精直接浸泡、锡箔纸包裹、唾液收集管收集这3种方法对过滤养殖水后的滤膜进行贮存,发现酒精直接浸泡法可增加后期eDNA的提取量;(2)在进行目的 片段的PCR扩增时发现高保真Mix的扩增成功率大于普通Mix;(3)应用属间特异引物进行不同物种扩增后,可通过系统发育分析来确定种间的分类.通过优化首次建立了山溪鲵属物种的水样eDNA分析方法,可为后期生活在相同水质且种间分化较小的物种进行eDNA分析提供参考.     

环境中的氟及其环境效应与污染治理

氟是自然界中固有元素,广泛用于预防和治疗人类疾病,并且在化工、医疗、农业等领域中用于制成新型材料以改善人类生活。然而大量非自然衍生出的氟化物进入环境中,导致环境及生物体氟过量,引起生态环境的变化,影响环境质量,对人类健康和生态环境构成威胁,因此,氟的生物地球化学研究越来越受到关注。本文整理分析了氟在环境中的分布、来源以及不同环境介质中氟的赋存形态和生物、非生物影响因素,并且对其在土壤-水-植物中迁移转化过程、吸附解吸规律以及污染治理等方面进行了讨论,指出进一步深入开展氟环境行为、环境效应研究的方向,以期为氟污染的治理和环境过程调控提供支持。     

环境微生物的宏基因组学研究进展

在当前的实验室条件下自然界中约有99%的微生物不可培养,这使微生物资源的开发利用受到了限制。宏基因组技术通过不培养微生物而直接对环境中总DNA进行克隆筛选来突破这个瓶颈。宏基因组技术现在已经用于各种微生态环境的研究中,大大加深了我们对环境中的微生物多样性以及微生物功能的认识。     

基于环境DNA的进口凡纳滨对虾携带水传播虾肝肠胞虫风险评估

【目的】基于环境DNA（eDNA）分析进口凡纳滨对虾携带水传播和运输虾肝肠胞虫（EHP）的风险性,为环境水中疫病监测和风险评估提供参考依据。【方法】取60批进口亲虾携带水用0.45 μm硝酸纤维素膜过滤并提取eDNA,挑取10个携带水样滤膜eDNA用于凡纳滨对虾物种特异性鉴定,采用实时荧光定量PCR对所有携带水样滤膜进行EHP检测;同时以EHP阳性进口亲虾携带水开展人工感染试验,感染10 d后分别取养殖水样及虾体进行EHP检测;对进口亲虾携带水EHP阳性滤膜进行宏基因组测序分析,采用Krona对物种注释结果进行可视化展示,并将宏基因组测序分析结果与NCBI已公布的EHP氨基酸序列进行BLAST比对分析。【结果】进口亲虾携带水检测结果显示,成功从10个携带水滤膜eDNA扩增出凡纳滨对虾347 bp的特异目的片段,与原始序列片段的相似性达100%;在60批进口亲虾携带水样品中有2批携带水呈EHP阳性。EHP阳性进口亲虾携带水能成功感染虾苗组,且在虾苗肝胰腺组织分离获得成熟的EHP孢子,但亲虾组的虾体EHP检测呈阴性。宏基因组测序得到EHP的物种相对丰度值占真核动物物种的0.7%;与NCBI已公布的EHP氨基酸序列进行BLAST比对,结果获得213个同源EHP氨基酸序列;从进口亲虾携带水样品中分离鉴定获得的EHP与已报道物种黄道蟹肠孢虫（Enterospora canceri）和毕氏肠胞虫（Enterocytozoon bieneusi）的亲缘关系较近,对应的氨基酸序列相似性为别为83%和81%。【结论】进口凡纳滨对虾亲虾携带水具有传播EHP的可能性,即仅针对亲虾虾体进行EHP检测具有不完全性。eDNA检测可用来补充传统的虾体疫病监测方法,作为水环境疫病检测和风险评估的重要手段。     

植物浮床在养殖池塘水环境污染生态修复中的应用

植物浮床技术作为一项新兴的污染生物处理技术,能有效控制水环境污染、修复生态环境。该文介绍了池塘养殖水环境污染修复类型,异位修复与原位修复,以及植物浮床在污染水环境修复中的净化机理。养殖池塘水环境污染来源,阐述池塘水环境污染的危害,对水生生物和人类健康的影响,并列举蕹菜、水芹、生菜3种植物浮床在养殖池塘水环境污染修复中的应用实例和前景展望。     

应用单细胞凝胶电泳技术评价复合微生态制剂的遗传毒性

采用DNA损伤检测技术———单细胞凝胶电泳技术(SCGE,又名彗星试验)来检测复合微生态制剂对鱼类DNA的损伤,尝试利用鱼类的单细胞凝胶电泳技术来评价外来化学物质对水生生态环境的影响。试验结果表明,复合微生态制剂对鱼类的DNA没有明显的损伤作用,各试验浓度组与对照组相比没有显著性差异(P>0.05),复合微生态制剂对水体生态环境具有安全性。试验同时表明,鱼类肾细胞的DNA损伤可作为评价外来化学物质遗传毒性的生物标志物。     

土壤微塑料污染及生态效应研究进展

微塑料作为一种新型环境污染物,对土壤生态系统构成严重威胁。当前对微塑料的研究多集中于水域生态系统,而对土壤生态系统的影响研究较少。本文综述了土壤微塑料的分类及来源,分离、检测方法及存在问题,总结了土壤微塑料的污染和微塑料对污染物的吸附效应及机理,分析了其对土壤动物、微生物生态及碳、氮等物质循环的影响,最后针对微塑料的生态效应提出展望,为今后土壤微塑料的研究提供了新的思路。     

基于环境DNA宏条形码的珠江河口鱼类种类组成

利用环境DNA宏条形码技术对珠江河口区的鱼类组成进行了初步探究。采用线粒体12S部分序列作为条形码标记,对采自珠江口伶仃洋7个采样点的水样滤膜DNA进行扩增,共获得有效序列26777条,聚类得到35种可操作分类单元（OTU）序列。经比对共检测出35种鱼类,隶属于9目20科29属。其中30种鉴定到种水平,5种仅鉴定到属水平。在7个采样点中分别检测到9~31个种类,种类数量最多的是鲈形目,共22种。在A和F点检测到易危（Vulnerable）物种——迈氏条尾魟（Taeniura meyeni）。通过与珠江河口不同海域的两项类似的研究对比发现,研究区域、样品采集策略和采用的条形码标记的不同使得检测到的鱼类种类的数量和组成上有明显差异。研究表明环境DNA宏条形码技术适用于珠江河口伶仃洋鱼类种类组成调查,可以作为传统调查方法的一种补充手段,用于河口区鱼类多样性调查和研究。     

黄土区蔡家川流域河岸林物种多样性研究

河岸带植被是陆地和水生生态系统过渡区环境变化的敏感指标。利用样方法对黄土高原山西吉县蔡家川流域主沟道中部海拔1 020～1 240 m范围内的河岸带植被进行了调查,结果表明:该区域内河岸带植被的乔木层和灌木层结构较单一、物种丰富度较低,而草本层的物种丰富度相对较高,且长势良好;植物总的丰富度和乔木层的物种丰富度随海拔升高而呈现出显著的下降趋势,而灌木层却随海拔高度的变化呈现出较复杂的变化趋势;乔木层的均匀度也随海拔的变化而呈现出波浪式变化。      

水体富营养化与生物修复技术评析

目前我国湖泊富营养化呈恶化趋势,严重影响到水生生态系统的平衡和人们的健康。水体富营养化的形成与营养物质、溶解氧、光照、温度、水动力以及底泥等影响因素有关。在分析了水体富营养化的成因以及危害的基础上,分别对水生植物修复技术、微生物修复技术和水生动物修复技术的机理、特点、存在的问题以及今后的研究方向进行了阐述。     

城市景观水体水质改善的生态修复效果研究——以上海市曲阳公园中心湖为例

以上海曲阳公园中心湖水体为研究对象,通过分析其污染成因、污染状况和湖体水质,结合水质改善及景观功能定位,确定中心湖生态修复技术。通过对湖底的生境营造及对水生植物系统、水生动物系统及微生态系统的修复,使水体具备自我净化能力,并维持水中湖生态系统的平衡。研究结果表明,水生态系统建成1年后,中心湖水体透明度、化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)等指标均较构建前有显著改善。该研究结果对城市景观水体的水质改善、生态建设和后期管理均具有一定的指导性意义。     

The CO2 balance of unproductive aquatic ecosystems

Community respiration (R) rates are scaled as the two-thirds power of the gross primary production (P) rates of aquatic ecosystems, indicating that the role of aquatic biota as carbon dioxide sources or sinks depends on its productivity. Unproductive aquatic ecosystems support a disproportionately higher respiration rate than that of productive aquatic ecosystems, tend to be heterotrophic (R > P), and act as carbon dioxide sources. The average P required for aquatic ecosystems to become autotrophic (P > R) is over an order of magnitude greater for marshes than for the open sea. Although four-fifths of the upper ocean is expected to be net heterotrophic, this carbon demand can be balanced by the excess production over the remaining one-fifth of the ocean.