环境DNA技术在水域环境中的应用进展

简述了环境DNA发展进程,介绍了环境DNA应用领域,包括物种及物种多样性研究、生物量评估、珍稀物种和入侵物种监测。归纳了环境DNA研究方法,样品的采集与保存、eDNA捕获、提取、分析。指出了eDNA技术的优势和存在的问题。提出,在今后的环境DNA研究中,一方面要大力发展并推广eDNA技术;另一方面应尽快制定一个统一的eDNA监测方法标准化框架,将eDNA技术和传统调查方法相结合,才能更好地对水生生物进行监测,在水生生态文明建设中发挥更为重要的作用。     

环境DNA(eDNA)技术在水生生态系统中的应用研究进展

环境DNA(Environmental DNA,eDNA)是指从皮肤、黏液、唾液、精子、分泌物、卵、粪便、尿液、血液、根、叶、果实、花粉和腐烂体等释放出来的、普遍存在的、游离的DNA分子。环境DNA技术是指从环境样品(土壤、沉积物和水体等)中直接提取DNA片段后利用测序技术进行定性或定量分析的方法。近年来随着分子生物学的发展,环境DNA技术已经成为一种新的水生生物调查方法,其主要被用来进行生物入侵的防治、濒危物种的保护、生物多样性的评价以及生物量的评估等。作者综述了环境DNA技术的发展历程、操作流程、在水生生态系统中的应用、优势以及存在的问题,同时对环境DNA在生态学领域中的应用前景进行了展望。     

中国对虾生物量评估的环境DNA检测技术 的建立及优化

近年来，环境DNA(Environmental DNA, eDNA)技术作为一种新的水生生物调查方法发展迅速，在水生生态系统的研究领域被广泛应用到物种检测、生物多样性评价、生物量评估等方面。然而，很少有研究专门评价eDNA技术操作流程中不同的eDNA富集方法与提取方法对研究结果的影响，从而针对具体研究对象建立一套最佳的eDNA技术操作流程。此外，由于物种间生活习性的差异，不同物种释放到环境中的DNA量及DNA片段大小不同，因而，针对不同研究对象需采用不同的eDNA富集与提取方法。本研究以中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)为研究对象，采用滤膜法富集eDNA，结合血液与组织DNA提取试剂盒提取eDNA。选取直径为47 mm的玻璃纤维膜、硝酸纤维膜、聚碳酸酯膜、尼龙膜共4种材质的滤膜，每种滤膜根据其孔径大小设置0.45、0.8、1.2、5 μm共4个梯度，取样水量设置500 ml、1 L、2 L共3个梯度。结果显示，滤膜材质、滤膜孔径大小及取样水体体积均对中国对虾的定性与定量分析具有一定的影响，其中，0.45 μm的玻璃纤维滤膜过滤2 L水样能够检测到的DNA拷贝数最多，并依据此建立了一套中国对虾eDNA技术的操作流程，提高了中国对虾的检出率，为后续中国对虾的分布监测及生物量评估提供了基础。     

中国对虾生物量评估的环境DNA检测技术的建立及优化

近年来,环境DNA(Environmental DNA, eDNA)技术作为一种新的水生生物调查方法发展迅速,在水生生态系统的研究领域被广泛应用到物种检测、生物多样性评价、生物量评估等方面。然而,很少有研究专门评价e DNA技术操作流程中不同的eDNA富集方法与提取方法对研究结果的影响,从而针对具体研究对象建立一套最佳的eDNA技术操作流程。此外,由于物种间生活习性的差异,不同物种释放到环境中的DNA量及DNA片段大小不同,因而,针对不同研究对象需采用不同的eDNA富集与提取方法。本研究以中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)为研究对象,采用滤膜法富集eDNA,结合血液与组织DNA提取试剂盒提取e DNA。选取直径为47 mm的玻璃纤维膜、硝酸纤维膜、聚碳酸酯膜、尼龙膜共4种材质的滤膜,每种滤膜根据其孔径大小设置0.45、0.8、1.2、5μm共4个梯度,取样水量设置500 ml、1 L、2 L共3个梯度。结果显示,滤膜材质、滤膜孔径大小及取样水体体积均对中国对虾的定性与定量分析具有一定的影响,其中,0.45μm的玻璃纤维滤膜过滤2 L水样能够检测到的DNA拷贝数最多,并依据此建立了一套中国对虾e DNA技术的操作流程,提高了中国对虾的检出率,为后续中国对虾的分布监测及生物量评估提供了基础。     

人工模拟条件下环境DNA宏条形码技术的定量分析初探

近年来,环境DNA宏条形码技术(eDNA metabarcoding)在水生生态系统生物多样性评估等相关领域中得到广泛应用,因其具有快速测算群落中物种丰度的潜能,eDNA宏条形码技术成为资源保护和管理中颇具应用前景的调查工具。虽然大量证据表明eDNA高通量测序获得的reads数与自然环境中生物相对数量具有相关性,但一直不能得到明确的量化关系结果。eDNA的富集、扩增过程中的偏倚等诸多不确定因素,制约了该技术在生物资源调查领域的推广应用。假定水体中的eDNA全部回收,且PCR扩增时不存在引物偏倚性,这种理想状态下的水体中eDNA组成与其高通量测序reads数是否存在线性关系？为此,本研究在实验室可控条件下,选择2个同属近缘的凡纳滨对虾(Penaeus vannamei)和墨吉对虾(Penaeus merguiensis),对其DNA样品进行不同比例混合,模拟从自然水体中富集到的eDNA复合样品,既保证了样品的回收率,又降低了引物偏倚的干扰。以此为模板,探究eDNA宏条形码技术检测种群相对数量的准确性。结果显示,当2个物种DNA模板浓度比例为1∶1时,高通量测序结果注释得到的2个物种reads数比值为13/24(墨吉对虾/凡纳滨对虾),可见,即使是同属近缘种间依然存在轻微的引物偏倚现象,引物偏移率为1.5%。同时,根据7个实验组获得的高通量测序结果注释得到的2个物种reads数比值与对应模板中2个物种DNA浓度比值之间的线性回归分析表明,水体中eDNA组成与其高通量测序reads数间呈明显线性关系,即y=0.0716x+0.7043 (r²=0.9824)。综上所述,本研究为验证eDNA宏条形码技术监测水生生物资源量的可行性提供了直接证据,也为后续DNA宏条形码技术的定量研究提供了思路。     

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。     

鱼类粒径谱研究进展

粒径谱表示的是生物量或者生物数量与粒径大小关系的曲线,能够反映生态系统结构和功能以及系统内部的动态联系,是当前水生生态学研究的热点。综述了鱼类粒径谱的理论、研究方法及影响因子等,重点介绍了鱼类粒径谱在鱼类生产量评估,开展生态系统监测,以及预测各种人类活动对生态系统的影响等方面的研究进展。针对目前研究中所存在的不足与问题,提出了新观测和采样技术的应用以及基于粒径谱评估鱼类生物量的通用理论模式研发等是今后鱼类粒径谱研究的趋势。     

环境DNA技术在湖泊生物资源调查中的应用进展

简述了环境DNA(eDNA)技术的研究背景以及在湖泊生物资源研究中的应用.指出,eDNA方法操作简单、特异性强、灵敏度高,还能对入侵种和引进种及时监测,不仅拓展了生物资源调查方式,还能弥补传统方法的不足.提出,虽然eDNA技术有其独特的优势,但同时该项技术还存在着一些不足,今后对于特定水域利用eDNA技术进行物种调查的...     

环境DNA技术及在鱼类监测中的应用

随着人类活动的影响,鱼类资源正在急剧下降,开展鱼类监测对于鱼类多样性的保护具有非常重要的意义。传统的鱼类监测方法因具有破坏性、调查者也要专业形态学知识、调查工作量大等弊端,故亟需一种新的技术方法进行辅助补充。环境DNA （eDNA）技术的发展使得鱼类调查更加的省时省力、节约成本、无损伤,目前在鱼类的监测中广泛使用,然而eDNA技术也存在着一定的缺陷所以不能完全取代传统方法。eDNA技术包含了样品的采集及处理、eDNA提取、eDNA扩增、测序和生物信息学分析几个主要步骤,在整个流程中每一个步骤都非常必要,对单个步骤又有不同的实验方案,选择不同对鱼类eDNA的检测效率也会产生重要的影响。目前国外对于eDNA技术应用于鱼类监测所研究的问题较为丰富而全面,如生物多样性监测、入侵物种检测、濒危物种检测和生物量的估算等,虽然国内的起步不晚,但国内对此研究方向较为单一,需要进一步重视。     

环境DNA在水体中存留时间的检测研究——以中国对虾为例

精确地掌握物种的分布与种群动态是保护生物学的基础。然而，对于某些具有特殊生活史的物种以及群体数量非常少的种群而言，物种分布检测极其困难。DNA条形码技术与环境DNA(Environmental DNA, eDNA)的结合使以上困难得以解决。鉴于eDNA易降解、在环境中含量低的特性，探究其在环境中的持续存留时间对于后续准确进行定性与定量分析至关重要。本研究以中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)为研究对象，结合实时荧光定量PCR定量分析了水环境中eDNA随时间的降解情况，基于赤池信息准则(Akaike Information Criterion, AIC)，选择了最适于eDNA随时间降解的统计模型。结果显示，当eDNA的释放源头被去除后，eDNA在水体中的含量与时间呈负相关关系，其在环境中的存留时间为30 d左右。本研究旨在为合理规划物种的定性检测与定量评估提供理论依据，以期将人为因素造成的实验误差降到最低。     

黄海中国对虾环境DNA(eDNA)的垂直分布规律及其影响因素初探

准确掌握物种分布和种群动态是渔业资源评估的基础。然而，对某些种群规模小或生活史复杂的物种进行监测的难度很大。近年来，环境DNA技术快速兴起，已被广泛应用于各类物种监测、生物多样性评估和生物量评价等领域。为了解冬季中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)越冬洄游过程中的分布情况，2019年12月在黄海中南部采集表、中、底3个水层水样，检测其中中国对虾的eDNA，并对表层沉积物进行室内实验。结果显示，中国对虾eDNA在自然水体中呈现特殊的垂直分布规律：底层浓度高，表层浓度低，这一规律与中国对虾生活习性相关；表层沉积物会在外力作用下再悬浮，并向周围释放eDNA，对水体造成较大程度影响，本研究将采集到的表层沉积物分为3个实验组，3个实验组最大释放量分别为1624.06、3453.34和1143.24 copies/L，沉积物对水体的影响持续1周左右。     

水生生物增殖放流及微卫星DNA标记在增殖放流中的应用

以微卫星DNA标记技术为例，系统阐述在增殖放流过程中，该技术在个体识别、遗传多样性及适应性评估中的应用。同时对水生生物增殖放流策略和效果评估提出若干建议。     

碳、氮稳定性同位素技术在水生生态系统研究中的应用

近年来,人们对水生生态系统的关注度越来越高,在评估水生生态资源的过程中,随着稳定同位素技术的逐步成熟,碳、氮稳定同位素技术作为一种稳定且准确的检测手段,被广泛应用于淡水、海域等不同水体的水生生态系统.自然界中的同位素是一种天然的化学示踪物,其分馏效应能指示生物体的物质循环和能量流动信息.在水生生态系统中,不同生物的碳、...     

环境DNA技术发展及其在长江流域水生生态学领域的应用研究进展

长江流域鱼类资源丰富、生物多样性高。近年来,受人为干扰、环境变化等因素影响,鱼类资源急剧衰退,全面了解该流域水生生态学信息、进行长江大保护迫在眉睫。随着分子生物学技术的发展,环境DNA技术应运而生,其相比于传统调查方式更加高效、灵敏,应用领域更广;该技术的灵敏性使其非常适合于检测濒危物种、低密度物种入侵、瞬时和隐秘物种的存在,特别是当检测低密度物种的采样工作难以控制时,其敏感性、简便性和降低危害性的优势愈加显现出来。因此,该技术已被广泛应用于食品微生物、生物监测、群落生态学、古环境、保护生物学和生物入侵等领域的研究。介绍了环境DNA定义、发展史、研究方法与优劣势,在此基础上概述了其在长江流域水生生态学领域的应用研究进展,最后展望了环境DNA技术与环境RNA技术相结合的技术革新以及新一代测序手段、大数据及机器智能技术多技术结合助力该领域研究的前景,以期为长江流域持续性生态学监测提供借鉴和参考。     

硅藻指示水体金属污染研究进展

金属元素进入水体后,威胁水体安全,水生生态系统功能受损。常规的金属离子浓度测试,反应了金属污染强度,但不能反应金属污染对当地生态系统的影响,因此,建立金属污染生物指示系统至关重要。硅藻是水生生态系统中的重要初级生产者,因其种类多、代时短、对环境因子敏感,在发达国家已广泛应用于常规水质监测。在金属胁迫下,硅藻在单个细胞水平与群落结构水平产生应答,基于此发展了一系列指标如生物量、指示物种、群落结构多样性、硅藻畸形率、植物螯合肽等应用于指示金属污染。对近几年硅藻应用于金属污染指示取得的进展予以综述,并提出系统性整合各项指示技术,根据室内与野外模拟结果分配各项指标权重,将是应用硅藻指示水体金属污染的重要途径。     

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。     

赣江峡江段渔政管理与渔业环境生态修复实践

笔者在探索江西省赣江峡江段渔政科学管理的基础上,进行了相关渔业环境生态修复实践活动,发现通过降低营养循环以及藻类生物量、适当增殖放流本地原种滤食性鱼类、重建沿江岸带和浅水区原生水生植物群落等措施,可逐步修复水域生态系统结构和功能。     

环境DNA在长江江豚监测中的应用

为了从水体环境中提取到高质量的eDNA环境DNA(environmentalDNA,eDNA),应用于长江中长江江豚(Neophocaenaphocaenoidesasaeorientalis)的分布调查,本研究比较了滤膜孔径和水样保存方式对eDNA获取的影响,同时对比了eDNA技术与传统调查法对长江江豚的检测结果。结果显示水样抽滤时间与滤膜孔径大小呈负相关关系,且都可以检出目标生物;水样采集后需在6 h内完成抽滤处理,或在冷藏条件下短期保存48 h;长江流域江苏段中观测到长江江豚出现的8个检测点均检测出长江江豚eDNA,而在10个未观测到长江江豚的水域中有3个检测出其eDNA。研究结果表明,相比传统目视监测方法, eDNA技术在长江江豚监测中不仅具有较高的准确性,还具有更高的灵敏性,可作为长江江豚种群调查的有效辅助检测工具。     

滆湖渔业资源系统的仿真研究

介绍了应用灰色理论,对滆湖渔业经济系统和生态系统进行灰色动态和灰色关联分析的思路和方法,还介绍了应用人工智能的神经网络技术对滆湖生态系统中能流、物流的发展变化态势进行网络模拟的设计思路和实现方法。灰色动态分析的结果表明：滆湖渔业经济要持续稳定地发展,其渔业资源繁殖保护及劳力等投资不能低于渔业产值的15％。灰色关联分析结果表明：影响该湖渔业经济的主要环境因子为苦草生物量、轮叶黑藻生物量和水生植物总生物量。人工智能模拟结果表明：要充分利用水草资源,提高滆潮草食性鱼类的经济和生态效益,就要增加团头鲂的放流量,优化放流鱼类的品种结构。最后讨论了应用神经网络模拟与灰色理论相结合的技术进行社会、经济和生态等复杂系统的动态仿真与智能控制的可能性。     

我国渔业生态环境养护研究现状与展望

良好的水域生态环境是水生生物赖以生存和繁衍的最基本的条件,是渔业发展的命脉。目前我国渔业水域生态环境不断恶化,渔业水域生态系统的结构与功能正在受到不同程度的影响和破坏。根据全国渔业生态环境监测网2006年的监测结果和近年在渔业水域开展的生态环境养护研究工作,概要分析我国渔业水域生态环境现状、面临的主要问题及养护研究现状,提出中长期内渔业水域生态环境保护领域应围绕渔业水域生态环境质量的诊断与评估技术、渔业污染生态学和环境安全评价技术、清洁养殖与退化水域生态系统修复技术、渔业生态环境质量管理技术等主要研究方向开展的重点研究内容。