巴日斯

（呼倫貝爾市環(huán)境監(jiān)測中心站 內(nèi)蒙古呼倫貝爾市 021008）

引言

對于生態(tài)系統(tǒng)來說，由于其系統(tǒng)具有一定的復雜性，尤其是部分物種還具有隱蔽性強、數(shù)量少、體型小等特點，有效觀察的難度相對比較大，甚至還有部分生物在一定的生長發(fā)育階段中進行種屬鑒定的難度比較大，這些現(xiàn)象的存在都大大增加了生物多樣性的調(diào)查難度。隨著科學技術的發(fā)展，改進和優(yōu)化了傳統(tǒng)的生物檢測手段，其中對于環(huán)境DNA技術來說，不會對所調(diào)查的物種造成損傷，同時效率和靈敏度都比較高，逐漸得到廣泛應用。

1　環(huán)境DNA概述

環(huán)境DNA指的是可以直接從冰芯、空氣、土壤、水等環(huán)境樣品中直接提取到的DNA片段總和，是來自不同植物、動物、微生物等物種DNA思維混合物，一方面包括生物通過粘液、糞便、尿液、皮膚等是放到環(huán)境當中的，屬于表皮細胞中的胞內(nèi)DNA；另一方面保護死亡后細胞裂解到環(huán)境當中的胞外DNA[1]。環(huán)境DNA的基礎是確定調(diào)查種群或物種的特異性基因識別片段，從環(huán)境介質(zhì)中借助相應的分子手段提取環(huán)境DNA的識別片段情況，通過綜合分析后就能夠得到取樣環(huán)境當中生物的具體分布情況。在近幾年環(huán)境DNA技術已經(jīng)逐漸廣泛的應用到水生生物入侵的水體生物多樣性、早期檢測等調(diào)查當中。

2　在水生生態(tài)系統(tǒng)保護中對環(huán)境DNA的應用

2.1　檢測是否存在目標物種

通過對水體中是都存在目標物種所釋放的DNA，就能夠有效判斷出在這一水體中目標物種是否存在，目前在瀕危物種、入侵物種、稀有物種等檢測中就廣泛的應用了環(huán)境DNA技術。比如就生物入侵來說，會造成生態(tài)系統(tǒng)功能損傷、生態(tài)系統(tǒng)退化、生物多樣性喪失等全球問題出現(xiàn)的一大原因，盡可能早的發(fā)現(xiàn)并采取相應的措施有效遏制，是應對生物入侵的重要環(huán)節(jié)[2]。但是在入侵早期，入侵生物的數(shù)量還比較少，如果用傳統(tǒng)檢測方法的話不僅僅工作量大，同時還容易對生物入侵程度產(chǎn)生低估。而采用環(huán)境DNA技術，即使在入侵生物數(shù)量比較少的階段中，也能夠有效檢測出目標物種，進而具有較大的應用意義。到目前為止，環(huán)境DNA技術已經(jīng)在泥螺、亞洲鯉魚、緬甸蟒蛇、美國牛蛙等物種入侵中得到良好應用。

2.2　生物量估測

相關調(diào)查研究結(jié)果顯示，水體中環(huán)境DNA的量與生物量之間呈正比例關系，研究人員已經(jīng)在水體中生物種群密度檢測中有效應用這一技術。比如在2012年，Takahara等就應用環(huán)境DNA技術對日本Iba--naiko湖中的的鯉魚進行生物量評估。首先在半野外或?qū)嶒炇覘l件下對野外環(huán)境進行模擬，對環(huán)境DNA與鯉魚數(shù)量之間存在的相關性進行深入研究，研究結(jié)果顯示環(huán)境DNA的濃度和鯉魚的數(shù)量之間呈正比例關系，并能夠組成線性方程。其次在Iba--naiko湖當中取樣，通過樣品中環(huán)境DNA的量對湖中鯉魚實際分布情況及數(shù)量進行有效評估。但其中需要注意的是，無論是半野外條件還是實驗室條件，與實際的野外條件之間都存在較大差異，如微生物種類、光照、湍流度、pH、溫度變化等，而這些因素都會對環(huán)境DNA降解和產(chǎn)生速度產(chǎn)生嚴重影響，因此這種方法還有待進一步改進和優(yōu)化，全面提高其測試結(jié)果的準確性[3]。

2.3　生物多樣性評估

隨著第二代測序工具的誕生，環(huán)境DNA從檢測一個樣品轉(zhuǎn)變成同時檢測多個樣品成為可能，目前在水生生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性檢測中已經(jīng)得到有效應用。在二代測序中所使用的策略主要是“邊合成邊測序”，通過對延伸的DNA鏈合成末端多發(fā)出的熒光進行捕捉，然后轉(zhuǎn)化成一個測序峰值獲得互補鏈序列信息。在測序中通過使用芯片，就能夠同時測序多個DNA鏈，完成大規(guī)模平行測序。一般情況下，某種DNA在樣品中被測序的次數(shù)就能夠代表其序列在樣品中的豐度，這表示在環(huán)境DNA技術中還具有定量功能，這都為在生物多樣性調(diào)查中應用環(huán)境DNA技術提供依據(jù)[4]。在單次反應中應用大規(guī)模平行測序，就能夠?qū)Χ喾N生物的DNA序列檢測出來，然后比較GenBank當中的基因序列就能夠很好的明確這一區(qū)域內(nèi)生存的物種，同時借助定量功能也能夠?qū)υ诓蓸铀蛑性撐锓N的相對豐度進行間接分析。

結(jié)語

總的來說，相較于傳統(tǒng)生物檢測手段環(huán)境DNA技術具有顯著的優(yōu)勢，能夠有效提高水生生態(tài)系統(tǒng)檢測效率和質(zhì)量，通過應用環(huán)境DNA就能夠全面掌握水生生態(tài)系統(tǒng)的實際情況，進而有效制定相應的保護措施，維護生態(tài)平衡。

[1]姜維,趙虎,鄧捷,王啟軍,孔飛,張紅星.環(huán)境 DNA 分析技術—一種水生生物調(diào)查新方法[J].水生態(tài)學雜志,2016,37(05):1-7.

[2]陳煉,吳琳,劉燕,徐海根.環(huán)境 DNAmetabarcoding 及其在生態(tài)學研究中的應用[J].生態(tài)學報,2016,36(15):4573-4582.

[3]于水強,王文娟,B.LarryLi.環(huán)境DNA技術在地下生態(tài)學中的應用[J].生態(tài)學報,2015,35(15):4968-4976.

[4]徐浩,羅茜,李云,薛洋,葉勤.環(huán)境DNA研究技術及其在生態(tài)學領域的應用[J].生物技術通報,2014,(10):49-55.