基于环境DNA宏条形码技术的嘉陵江下游鱼类多样性研究

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环境DNA宏条形码(eDNA metabarcoding)技术可用于监测水生生态系统的生物多样性,该技术具有无创采样、便捷高效以及灵敏度高的特点,有助于开展水生态系统的生态保护和鱼类资源的管理等工作。嘉陵江是长江上游支流中流域面积最大的一级支流,孕育了极其丰富的鱼类资源。由于过度捕捞、水利工程建设以及外来物种入侵等原因,包括嘉陵江在内的长江流域鱼类多样性面临严重危机。为杜绝酷捕滥捞,有关部门宣布从2020年1月1日0时起实施长江“十年禁渔”政策,在此期间禁止任何天然渔业资源的生产性捕捞。本文首次在禁渔期间利用eDNA宏条形码技术监测嘉陵江下游的鱼类多样性,研究共设置5个采样地点,于2021年1月(冬季)和2021年3月(春季)对鱼类多样性进行监测,并探究嘉陵江下游鱼类群落的时空分布变化以及其与环境因子的关联。本研究实现了基于环境DNA宏条形码技术的嘉陵江下游鱼类多样性的成功监测,这为“十年禁渔”期间长江流域的鱼类多样性监测探索了新的方法,为嘉陵江下游生态环境以及渔业资源的管理与保护提供了科学依据。主要研究结果如下:1.嘉陵江下游鱼类多样性组成。本研究基于Tele02鱼类通用引物在嘉陵江下游的东津沱、澄江、盐井、金刚碑和三胜五个地点,共检测出88种鱼类,包括45种中国特有种和12种长江上游特有鱼类。这些鱼类隶属于7目18科55属,其中鲤形目5科59种,鲇形目4科15种,鲈形目5科10种,以及鲟形目、鳉形目、颌针鱼目和胡瓜鱼目各1科1种。总体而言,鲤科鱼类的物种数目是最多的,共46种,占比52.27%。此外,还检测出4种国家二级保护动物,即长薄鳅(Leptobotia elongata)、多鳞白甲鱼(Onychostoma macrolepis,)、岩原鲤(Procypris rabaudi)和红唇薄鳅(Leptobotia rubrilabris),以及3种外来鱼类,即食蚊鱼(Gambusia affinis)、太湖新银鱼(Neosalanx taihuensis)和大口黑鲈(Micropterus salmoides)。本次eDNA检测出的优势种依次为鲤(Cyprinus carpio)、鳙(Hypophthalmichthys nobilis)、草鱼(Ctenopharyngodon idella)、波氏吻鰕虎鱼(Rhinogobius brunneus)、鲫(Carassius auratus)、大鳍鱊(Acheilognathus macropterus)、翘嘴鲌(Culter alburnus)、子陵吻鰕虎鱼(Rhinogobius giurinus)、粗唇鮠(Pseudobagrus crassilabris)、蒙古鲌(Chanodichthys mongolicus)、蛇鮈(Saurogobio dabryi)。相比以往的传统鱼类监测结果,本次eDNA检测出的鰕虎鱼类、鮈亚科类、大鳍鱊等小型鱼类的相对丰度明显提高,而中华倒刺鲃(Spinibarbus sinensis)、长吻鮠(Tachysurus dumerili)、大口鲇(Silurus meridionalis)、瓦氏黄颡鱼(Tachysurus vachellii)、大鳍鳠(Hemibagrus macropterus)等个体较大的鱼类相对丰度显著下降。本次eDNA检测结果还显示嘉陵江下游的鱼类以肉食性和杂食性鱼类为主,其产卵类型以产粘性卵种类为主,以及栖息水层以底栖种类为主。2.嘉陵江下游鱼类群落的时空分布。本研究基于eDNA宏条形码技术探讨了嘉陵江下游鱼类群落的时空分布变化。在季节上,春季的鱼类物种数目显著高于冬季的鱼类物种数目,且春季与冬季的鱼类群落结构差异显著,表明冬季的鱼类eDNA检测概率低于春季。这说明在鱼类的繁殖期更容易采集到鱼类eDNA,为基于eDNA技术的嘉陵江鱼类多样性监测提供了一种有效的采样策略,即在鱼类的繁殖季节进行采样,可检测到更多的鱼类物种数。在空间上,草街电站坝下的鱼类物种数目显著高于坝上的鱼类物种数目,且坝上与坝下的鱼类群落结构差异显著。此外,草街大坝下游各地点的物种组成相似,而大坝上游各地点的物种组成差异较大,下游的鱼类物种分布较上游更均匀。由此可见,草街大坝的建设对嘉陵江下游的鱼类物种组成具有显著影响。最后,结合环境因子,我们发现水温、溶氧和p H均极显著地影响嘉陵江下游鱼类群落的分布,其中溶氧与鱼类群落分布的相关性最强,对其的影响程度也最大。以上结果表明,eDNA宏条形码技术对嘉陵江鱼类多样性监测的可行性和有效性,可作为嘉陵江鱼类多样性监测的有效工具,在嘉陵江的鱼类多样性保护、渔业可持续开发和生态友好型发展等方面发挥重要作用。同时,该技术也为“十年禁渔”期间长江流域的鱼类多样性监测和渔业资源管理与保护提供一定的基础资料。
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