利用实时监测和环境DNA技术评估美国特拉华州雷霍博斯湾东部牡蛎（Crassostrea virginica）养殖场及珊瑚礁区域的生物多样性

《Ecology and Evolution》：Assessing Biodiversity at Eastern Oyster (Crassostrea virginica) Aquaculture and Reef Sites Utilizing Real-Time Monitoring and Environmental DNA in Rehoboth Bay, Delaware, USA

本研究在特拉华州里霍博湾五个监测点（人工礁石、养殖场、控制区）采用水下GoPro实时监控和eDNA技术，分析东奥斯特拉（Crassostrea virginica）对生物多样性的影响。结果显示，礁石和养殖区记录到23种物种，生物多样性显著高于控制区，且eDNA检测到部分肉眼无法观察的物种（如蓝蟹、棱皮龟）。两种方法互补，为可持续养殖和生态修复提供数据支持。

　　在Delaware州的Rehoboth湾，东部牡蛎（*Crassostrea virginica*）作为关键物种，不仅对生态系统的功能至关重要，同时也是商业贝类产业的重要组成部分。牡蛎因其在水体过滤、营养物质去除以及海岸线保护等方面的生态服务功能，被视为“环境工程师”。这项研究旨在进一步探索牡蛎在提升生物多样性方面的作用，通过实时监测和环境DNA（eDNA）分析技术，对Rehoboth湾不同地点的生物多样性进行评估。研究地点包括两个私人牡蛎养殖场、两个试点人工牡蛎礁和一个无牡蛎或栖息地结构的对照点。研究团队在2022年和2023年期间，每两周部署一次GoPro Hero 3+和8型水下摄像机，持续记录2到3小时，并在回收后对摄像机画面进行人工分析，识别并记录所有出现的物种。同时，还采集了水样进行eDNA分析，作为对物种识别的补充方法。DNA提取和聚合酶链式反应（PCR）用于扩增目标物种的基因序列。通过摄像机技术，研究团队在五个监测点记录到了23种不同的动物物种，其中最为丰富的包括斑点鱼（*Leiostomus xanthurus*）、大西洋银鱼（*Menidia menidia*）、大西洋鳗鱼（*Brevoortia tyrannus*）、 horseshoe crab（*Limulus polyphemus*）、蓝蟹（*Callinectes sapidus*）和寄居蟹（*Pagurus longicarpus*）。eDNA分析也成功检测到了这些物种，突显了eDNA作为一种物种监测工具的有效性。值得注意的是，通过实时监测和eDNA方法识别出的物种存在显著重叠，这为未来生态研究提供了重要参考。

Rehoboth湾是Delaware内陆湾（DIB）的三大系统之一，位于该州南部。该地区的土地使用主要集中在住宅和休闲开发上，每年吸引大量季节性游客和永久居民。随着人口增长和经济活动的增加，DIB的经济价值也在持续上升，每年为当地带来超过45亿美元的收入，并支持超过35,000个就业岗位。牡蛎养殖业作为该地区重新兴起的重要产业之一，为内陆湾的经济贡献了超过百万美元的年收入。牡蛎不仅是生态系统的重要组成部分，其栖息地结构和养殖设备也为多种动物提供了生存和觅食的场所，从而促进了整体生物多样性。Delaware湾支持着多种物种，包括超过30种滨鸟和北美最大的 horseshoe crab 群体。研究物种的分布和丰富度对于种群管理和生态保护至关重要，同时也有助于理解牡蛎在促进生物多样性方面的作用，从而推动牡蛎种群的恢复和相关保护法规的制定。

为了扩大监测范围，本研究结合了水下摄像机和eDNA分析两种方法。水下摄像机能够提供实时的生物观察数据，而eDNA则为非侵入式的物种检测提供了新的可能性。水下摄像机的部署方式采用了专门设计的防水装置，包括木板、PVC管、螺丝、六角和翼形螺母以及4.5英寸的软管夹。这些摄像机被固定在浮标上，并通过增加电池延长器以提高记录时间。在2022年和2023年期间，摄像机被部署了20次，每次记录时间约为2至3小时。尽管在某些情况下因恶劣天气需要推迟或调整采样地点，但总体上仍成功记录到了多种物种。此外，eDNA的采集过程包括从水体中收集样本，经过过滤和离心处理后，将水体积减少至约45毫升，其中包括累积的生物量。为了减缓eDNA的降解速度，样本在?20°C条件下保存约2天。随后，使用QIAprep Spin Miniprep试剂盒进行DNA提取，该方法在实验中表现出更高的DNA产量和更低的成本，因此被选定为后续分析的主要手段。

本研究的eDNA分析使用了五种引物，分别针对三种目标物种的基因序列。这些引物通过科学文献和国家生物技术信息中心（NCBI）以及Primer3Plus等工具进行验证。PCR扩增在7500型实时PCR系统中完成，通过软件分析引物扩增结果以确定目标物种的存在或缺失。eDNA分析成功检测到了*horseshoe crab*（*Limulus polyphemus*）和大西洋银鱼（*Paralichthys dentatus*），而对蓝蟹（*Callinectes sapidus*）的检测却未能获得预期结果。这一结果表明，尽管通过水下摄像机已经确认了该物种的存在，但在eDNA分析中可能由于引物灵敏度不足、DNA降解或PCR抑制等因素导致了检测失败。这提醒我们在使用eDNA进行物种检测时，需要对引物设计进行进一步优化，并考虑更保守且具有高拷贝数的基因区域，如线粒体基因。此外，对组织来源的DNA进行验证以及在复杂环境样本中进行可控的添加实验，有助于提高检测的准确性和灵敏度。

研究结果表明，牡蛎养殖区和人工礁区的物种多样性明显高于对照点。这表明，牡蛎的栖息地结构对促进生物多样性具有重要作用。然而，由于摄像机的使用受到天气和潮汐的影响，目前的监测方法在某些情况下存在局限性。因此，未来需要在更多地点部署摄像机，以扩大监测范围并提高数据的全面性。同时，eDNA分析方法也显示出其在检测隐蔽、移动性或数量较少的物种方面的优势。这种非侵入性的技术能够捕捉到传统方法可能遗漏的物种，为生态保护和恢复提供了更准确的依据。然而，由于eDNA的检测依赖于基因序列的匹配和引物的有效性，因此需要对这些技术进行持续的验证和优化。

通过结合水下摄像机和eDNA分析，本研究不仅揭示了牡蛎对生物多样性的影响，也为可持续的牡蛎养殖和栖息地恢复提供了科学支持。研究发现，东部牡蛎的栖息地能够吸引多种动物，包括鱼类、甲壳类和鸟类，进一步验证了其作为关键物种的重要性。此外，摄像机记录的物种行为和互动，如蓝蟹在牡蛎网中爬行、鸟类觅食等，为理解牡蛎对生态系统的影响提供了直观的证据。这些数据不仅有助于制定更有效的保护策略，也为未来的生态研究提供了新的方法论。通过这种方式，我们可以更好地评估牡蛎在不同环境条件下的生态价值，并推动相关政策的制定以确保其种群的长期健康和生态功能的持续发挥。