汉江下游的鱼类多样性及连续采样策略：比较eDNA与传统方法

《Global Ecology and Conservation》：Fish Diversity and Continuous Sampling Strategy in the Lower Hanjiang River: Comparing the eDNA with the Traditional Methods

鱼类多样性评估中环境DNA（eDNA）与传统方法对比研究。eDNA在汉江下游三河段检测到更多物种（70-80%传统方法物种），尤其擅长识别濒危物种（CR+EN+VU）。两种方法均能显著区分河段间群落结构，但eDNA检测效率更高（90%覆盖需4-8天 vs 传统方法6-7天）。建议根据目标物种类型和濒危等级选择时间序列采样策略，如濒危物种优先采用eDNA短期监测（2-4天达70%覆盖）。

　　鱼的多样性是衡量水生生态系统健康状况的重要指标。然而，在过去的几十年里，由于各种人类活动的影响，河流生态系统中的鱼类资源正经历着显著的减少。为了更有效地评估鱼类种群，近年来，环境DNA（eDNA）作为一种新兴技术受到越来越多的关注。eDNA技术通过检测鱼类释放到环境中的遗传物质，为鱼类调查提供了一种非侵入性、高效且经济的手段。然而，关于eDNA与传统方法在连续多天采样中对鱼类多样性及群落结构进行比较分析的研究仍然较少。本研究通过对汉江下游三个断面（汉川HC、秦江QJ和沙洋SY）进行连续9至10天的采样，结合eDNA和传统方法，全面评估了这两种方法在鱼类多样性及群落结构方面的表现。

在本研究中，eDNA方法检测到了传统方法所获得鱼类物种的70-80%，并且在识别更多鱼类，尤其是受威胁物种（包括极危CR、濒危EN和易危VU）方面表现出更强的能力。此外，两种方法均能显著区分不同断面的鱼类群落结构，但在同一断面内，使用不同方法所得到的群落结构存在明显差异。研究还发现，eDNA方法在连续约6天内能够有效获取大部分鱼类，特别是在受威胁物种的检测上，70%的检测率通常在2-4天内达到，而90%的检测率则在4-8天内完成。因此，eDNA技术在河流断面的鱼类多样性与群落调查中展现出了良好的应用前景。同时，本研究强调了根据调查目的选择合适的连续采样策略的重要性。

汉江作为长江最大的支流之一，其下游区域是著名“四大家鱼”和多种经济鱼类的主要产卵地和重要栖息地。然而，南水北调工程虽然缓解了北方半干旱地区的水资源短缺问题，但同时也导致了汉江下游水流减少，间接引发了有害藻类爆发（HABs），这对鱼类资源构成了严重威胁。鱼类作为水生生态系统的重要组成部分，不仅有助于维持水体生态平衡，同时也是评估水体健康状况的关键指标。然而，近年来，人类活动的加剧使得鱼类的种类和数量迅速减少，因此，需要有效的监测手段来研究鱼类多样性并推动科学的鱼类保护工作。

传统的鱼类监测方法通常依赖于形态学特征，需要研究人员具备专门的分类学知识，以准确调查鱼类的种类、数量及其群落结构。然而，这些方法往往耗时、昂贵、劳动密集且具有一定的侵入性，特别是在实施“十年禁渔”政策后，传统方法的应用受到了限制。因此，迫切需要一种快速、非侵入性的方法来评估鱼类资源状况。

eDNA分析作为一种新兴的检测手段，通过分析水体中鱼类释放的遗传物质，可以快速、高效地识别物种的存在。这种方法已经被广泛应用于物种存在的检测，尤其是对于难以用传统方法识别的稀有或隐秘物种。此外，eDNA分析在评估生物多样性、生物监测等方面也展现出良好的应用前景，包括非入侵性或入侵性物种。例如，eDNA方法已被用于检测长江江豚、特有鱼类和外来入侵物种如缅甸蟒等。

尽管eDNA方法具有诸多优势，但其应用仍存在一些局限性。由于DNA在自然环境中的降解，鱼类在河流中留下的eDNA会随时间推移而逐渐减少，这可能影响检测的敏感性和物种识别的准确性。因此，一些研究建议采用空间分层采样和增加采样量的方法来提高检测效果。然而，由于不同鱼类具有不同的生活周期和行为模式，单一的采样点或时间可能无法全面反映鱼类的分布情况。因此，除了增加采样量外，还需要考虑连续多天的采样策略，以减少一次性采样带来的不完整性。

本研究通过在汉江下游三个断面进行连续9至10天的采样，结合eDNA和传统方法，比较了这两种方法在鱼类多样性及群落结构方面的表现。研究发现，eDNA方法在物种覆盖度和受威胁物种识别方面均优于传统方法，特别是在受威胁物种的检测上，eDNA能够更早地获得较高比例的物种信息。同时，不同断面的鱼类群落结构通过eDNA和传统方法的比较分析显示出了显著的差异，这表明eDNA方法在评估不同断面之间的鱼类群落结构方面具有一定的优势。

此外，本研究还通过时间累积曲线分析了不同分类的鱼类在不同采样天数下的检测效果。结果显示，eDNA方法在不同断面中检测鱼类所需的时间存在差异。例如，在HC断面，eDNA方法在2天内即可达到70%以上的检测率，而在SY断面，eDNA方法仅需1天即可实现这一目标。为了达到90%以上的检测率，eDNA方法在HC断面需要5天，在QJ断面需要6天，在SY断面则只需4天。相比之下，传统方法在HC断面需要3天达到70%检测率，而在SY断面则需要2天，且达到90%检测率所需的时间更长，分别为6天、7天和6天。这些发现表明，eDNA方法在鱼类检测效率上具有明显优势，特别是在受威胁物种的识别上，其所需时间更短。

然而，也有部分鱼类在传统方法中被检测到，但未能通过eDNA方法识别出来。这些鱼类主要属于三个不同的科：鳀科（Engraulidae）、odontobutidae科和半管鱼科（Hemiramphidae）。例如，Coilia brachygnathus、Hyporhamphus intermedius和Odontobutis potamophila等鱼类未能被eDNA方法检测到。这可能与引物设计有关，因为本研究使用的引物针对的是12S rRNA基因，而这些鱼类可能主要通过Cyt b基因释放DNA，导致eDNA方法无法有效识别。此外，鱼类的行为模式也会影响其DNA的分布和检测效率，例如某些鱼类可能在特定的水层或底泥中活动，而本研究的采样并未包括底泥，因此可能遗漏了一些底栖鱼类。

研究还发现，不同鱼类在不同断面的检测所需时间存在差异。例如，对于优势物种（IRI≥1000），eDNA方法在HC断面仅需1天即可达到70%的检测率，而在QJ和SY断面则需要1天达到90%的检测率。对于重要物种（1000 > IRI ≥ 100），eDNA方法在HC断面需要3天达到70%的检测率，而在QJ和SY断面仅需1天。而对于普通物种（100 > IRI ≥ 10），eDNA方法在HC断面需要5天达到70%的检测率，而在QJ和SY断面则需要2天和3天。此外，对于普通鱼类（10 > IRI ≥ 1），eDNA方法在SY断面需要5天达到70%的检测率，而在HC和QJ断面则需要7天。至于稀有物种（IRI <1），在HC和QJ断面未能检测到，但在SY断面，稀有物种的检测率在8天内达到70%，在9天内达到90%。这表明，不同分类的鱼类在不同断面中所需的检测时间存在显著差异，因此，在选择采样策略时需要考虑这些因素。

此外，研究还发现，eDNA方法在区分不同断面的鱼类群落结构方面表现良好，而传统方法在区分不同断面的鱼类群落结构上也具有一定的能力。然而，eDNA方法在区分不同断面的鱼类群落结构方面更为准确，这可能与其检测能力的提升有关。同时，研究还指出，eDNA方法在区分不同断面的鱼类群落结构时，其结果与传统方法存在一定的差异，这表明在实际应用中，需要结合多种方法以获得更全面的鱼类信息。

本研究的结果表明，eDNA方法在鱼类资源调查中具有重要的应用价值。通过连续采样，eDNA方法能够更高效地识别鱼类物种，尤其是在受威胁物种的检测上，其所需时间较短。此外，研究还发现，eDNA方法在区分不同断面的鱼类群落结构方面具有较高的准确性，这为其在河流生态系统中的应用提供了科学依据。然而，eDNA方法仍存在一定的局限性，例如某些鱼类可能由于DNA释放模式和行为差异而无法被有效检测。因此，在实际应用中，需要结合多种采样策略，包括增加采样量和采用连续采样，以提高检测的全面性和准确性。

综上所述，本研究通过比较eDNA和传统方法在连续采样中的表现，揭示了eDNA方法在鱼类多样性调查中的优势。研究结果表明，eDNA方法能够有效识别大部分鱼类物种，尤其是在受威胁物种的检测上，其检测效率较高。同时，研究还强调了选择合适采样策略的重要性，特别是在不同的调查目的和断面条件下，需要根据具体情况调整采样天数。这些发现为鱼类资源调查和保护管理提供了重要的科学依据，也为未来在河流生态系统中推广eDNA技术奠定了基础。