基于环境DNA技术的海洋生物多样性监测方法建立与应用研究

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随着人类对海洋环境破坏程度的日益加剧,调查和监测海洋生物的多样性结构的变化显得越来越迫切。物种的快速、准确鉴定是海洋生物多样性保护和利用的基础。海洋生物门类繁多、分布广泛。而传统物种的调查和鉴定方法通常耗时耗力,一般通过网捕、电捕、笼捕等方式调查物种,容易破坏物种的栖息环境。另外,一些物种表型可塑性、趋同进化的特点以及不同发育时期的形态学差异容易造成错误的鉴定,而掌握系统知识的分类学家也不断减少。这表明我们需要新的海洋生物调查和鉴定的方法。  随着新一代测序技术和条形码技术的发展,环境DNA技术应运而生。环境DNA技术因为具有检测限低、效率高、分辨率高、非侵入性和物种特定性等优点,被广泛应用于生物多样性研究、动物食性分析、外来入侵物种和珍稀物种的监测等生态学领域。  利用环境DNA技术监测水生生物已经在国外取得了很大的发展。然而,在我国缺乏相关的研究。本实验通过实验室条件下以黄斑蓝子鱼为研究对象,优化了富集eDNA的条件,应用建立方法并在野外监测黄斑蓝子鱼,验证了方法的有效性。进一步在粤东近岸及离岸海域进行海洋生物多样性的eDNA监测,与传统方法调查的结果进行对比,并探讨物种分布与各种物理化学生物因子之间的关联性。本研究的主要结果如下:  ①在实验室条件下,饲养黄斑蓝子鱼的水样经1.2um孔径混合纤维素酯膜过滤后,使用Lysis缓冲液结合PCI法相对来说能较好地提取eDNA。应用此方法在野外进行了黄斑蓝子鱼进行了定性和定量分析,结果显示eDNA的量与过滤量成正比,证实了方法的有效性。  ②野外条件下,使用建立的方法共鉴定了海洋生物578种,隶属55门108纲168目182科311属。α多样性表明生境不同的站位物种的组成结构明显不同,β多样性表明3个区域的物种存在一定的差异。结合环境因子对原因进行分析,可以知道,河口主干流的站位与叶绿素(chla)和COD有关,河口附近的站位与盐度和pH有关,部分站位受人类活动的影响较大。  ③应用传统鉴定方法,在近岸海域共鉴定浮游植物5门42科74种,浮游动物8门25科37种。共鉴定物种111种,其中有63种物种只鉴定到属的水平,与环境DNA技术分子鉴定的结果进行比较,发现大部分物种能够比对上,且eDNA法分辨率更高,很多物种能鉴定到种的水平。在eDNA技术物种鉴定的结果里面,在近岸海域发现了很多赤潮藻类和水产养殖病害寄生虫,而在离岸海域没有发现,这也从侧面验证了eDNA技术鉴定物种的准确性。  以上研究表明,eDNA技术能应用于海洋生物多样性物种分布的研究,为海洋生物多样性的监测与保护提供快速、方便的研究方法。虽然应用环境DNA技术监测海洋生物多样性还需要不断的改进,但随着理论与技术的不断完善,环境DNA技术将使跨越时间和空间的生物多样性格局研究变得更加快速简便。
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