环境DNA方法在珠江口南沙湿地鱼类多样性研究中的应用

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环境DNA(Environment DNA,e DNA)研究方法是一项可以从环境样品(水体、土壤、空气等)中直接提取DNA而不用接触任何目标生物,就能监测生物存在信息的技术,已被广泛应用于各种大型水生动物的检测及物种多样性分析。本研究首先对e DNA方法在鱼类多样性分析方面的应用进行优化,筛选出适用于珠江口南沙湿地水域的e DNA研究方法。然后通过e DNA方法和底拖网方法对南沙湿地鱼类群落结构进行研究,并评估两种方法应用于鱼类资源调查的优劣。分别于2017年9月(雨季)和2018年1月(旱季)于珠江口南沙湿地水域进行样品采集,基于不同调查方法揭示了该水域的鱼类群落多样性结构特征,研究结果如下:1.e DNA方法的优化充分考虑了水样过滤体积(500 m L、1000 m L、2000 m L)、水样过滤方法(新鲜水样直接过滤、酒精沉淀后过滤)以及不同的DNA提取方法(Neasy Power Water kit(PW)、DNeasy Blood and Tissue kit(BT)、酚-氯仿法(FL))对环境DNA产出质量和浓度的影响。综合考虑分析各个因素,发现采用以下方法进行e DNA提取可获得最大的DNA产出效率:新鲜水样直接过滤;水样过滤体积1000m L;BT方法进行DNA提取,并将此结果应用于后续研究。2.本次调查共检出鱼类78种,隶属11个目、31个科、47个属,其中e DNA方法检测出57种,底拖网检测出32种,两种方法共同检测出11种,说明前者具有更高的检出率。通过查阅历史资料发现棘头梅童鱼(Collichthys lucidus)、七丝鲚(Coilia grayii)、凤鲚(Coilia mystus)、带鱼(Trichiurus japonicus)等主要经济鱼类曾为优势种,本次调查丰度较高的有七丝鲚(Coilia grayii)、舌虾虎鱼(Glossogobius giuris)、铅点东方鲀(Takifugu alboplumbeus)、云斑尖塘鳢(Oxyeleotris marmorata)等非经济鱼类、小型鱼类及外来入侵物种。此外,调查结果显示,南沙湿地水生态系统检测到的鱼类以底栖、肉食性为主,与大部分湿地生态系统的鱼类群落类似,说明底栖肉食性鱼类是南沙湿地的重要鱼类类群。3.本次调查结果显示,南沙湿地水域鱼类群落分布具有明显的时空分布特征,总体表现出的鱼类种类组成旱季>雨季,获得种类的数量随着调查站点的增加而上升。此外,在本次调查检出的所有种类中,底拖网方法在旱季(30种)的检出率明显高于雨季(14种),而e DNA方法则没有如此明显的差异(旱季47种,雨季43种),表明e DNA方法相对底拖网调查方法而言具有更好的稳定性。基于Whittaker指数的β多样性分析指出两种调查方法检出的鱼类在时间分布上具有显著的差异,Whittaker指数均值均表现出旱季高于雨季,表明南沙湿地在旱季具有更高的鱼类多样性。4.鱼类常因生态习性的不同而具有不同的栖息与活动习惯。就栖息水层而言,两种调查方法获得的鱼类均表现出底栖鱼类>中上层鱼类>中下层鱼类,但中上层、中下层鱼类比例在底拖网方法差别较大,而e DNA方法检出的百分比则较为接近。通常底拖网捕捞能力会受到拖网的范围以及鱼类游泳能力强弱的影响,而e DNA方法则不会受到这些因素的限制,其受鱼类活动的影响较小。本次检出的3种滤食性鱼类间下鱵(Hyporhamphus intermedius)、长颌棱鳀(Thryssa setirostris)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix),前两者只能被e DNA方法检出,表明e DNA方检出率、灵敏度更高。综上所述,1000 m L新鲜水样经滤膜过滤后,采用BT方法提取可获得更好的环境DNA,后续用于珠江口南沙湿地水域鱼类多样性分析。与底拖网方法相比,e DNA方法在南沙湿地水域鱼类多样性调查中具有更好的稳定性及更高的精确度,且监测出的种类数量比底拖网多。底拖网方法主要受拖网范围和鱼类活动能力及鱼类栖息地(水底地貌)的影响,随机性高,鱼类检出率较低。此外,南沙湿地的鱼类分布具有明显的时空分布特征,旱季与雨季的鱼类组成具有显著的差异。
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