评估eDNA分析在海洋环境产卵调查中的潜力：以日本鲭鱼为例

《Journal of Experimental Marine Biology and Ecology》：Assessing the potential of eDNA analysis for spawning surveys in marine environments: A case study on Japanese jack mackerel

日本鲭鱼舞子湾产卵季节数据及eDNA昼夜变化分析，通过环境DNA浓度监测与网捕验证，发现产卵期集中在七月，eDNA浓度在21时至午夜达到峰值，证实海洋eDNA监测产卵可行性。

　　在海洋生态系统中，了解鱼类的产卵行为对于物种管理、种群保护以及生态平衡维护具有重要意义。然而，传统的产卵调查方法往往需要大量时间和人力投入，并且可能对目标物种及其栖息地造成一定的干扰。因此，近年来，环境DNA（eDNA）分析作为一种新兴的技术手段，逐渐成为研究鱼类产卵行为的重要工具。eDNA分析通过检测水体中鱼类释放的DNA，能够在不直接捕获生物个体的情况下，推断其存在和活动模式。本研究以日本马加鱼（Japanese jack mackerel，学名Trachurus japonicus）为研究对象，选取日本的舞鹤湾（Maizuru Bay）作为调查区域，通过分析eDNA浓度的变化，探讨其产卵季节及昼夜节律，从而评估eDNA技术在海洋产卵调查中的应用潜力。

舞鹤湾位于日本京都，其独特的地理环境和水文条件使其成为研究海洋鱼类产卵行为的理想地点。该区域的潮汐变化较小，全年水位波动基本保持在30厘米左右，这种相对稳定的水文环境有助于减少外部因素对调查结果的干扰。此外，舞鹤湾的水深较浅，最大深度约为30米，且周围有山地环绕，这为水样采集提供了便利条件。然而，由于该区域的水体流动复杂，尤其是在湾口和周边海域，传统的产卵调查方法在实际操作中存在诸多局限性，如需要长时间的现场观测、对鱼类个体和卵的直接捕获可能导致生物死亡和生态破坏，以及受天气、水深和季节变化等因素影响较大。因此，eDNA分析作为一种非侵入性的技术，能够有效克服这些挑战，成为海洋产卵调查的新方向。

在本研究中，首先通过实验1（Exp. 1）对舞鹤湾内的三个采样点进行月度水样采集，分别在日落前两小时和次日日出时比较eDNA浓度的变化。由于日本马加鱼是夜行性产卵鱼类，因此在产卵季节，其eDNA浓度预计会在夜间显著上升。结果显示，在7月份，日落前两小时与日出时的eDNA浓度存在显著差异，表明该时间段可能对应着日本马加鱼的产卵季节。这一结论通过使用拖网采集鱼卵的方法得到了验证，研究人员在6月29日和30日对三个采样线进行调查，成功收集到了两枚日本马加鱼的卵。这不仅证实了eDNA分析在判断产卵活动方面的有效性，也为后续的昼夜节律研究奠定了基础。

实验2（Exp. 2）则进一步探究了产卵季节内eDNA浓度的昼夜变化。研究人员在舞鹤湾的第二采样点（st. 2）进行了24小时的时间序列采样，每隔3小时采集一次水样，分析eDNA浓度的动态变化。结果显示，eDNA浓度在夜间显著上升，尤其在晚上9点至午夜之间达到峰值，这表明日本马加鱼的产卵活动可能集中在这一时间段。此外，研究还发现，eDNA浓度的变化与潮汐变化之间没有显著相关性，说明潮汐因素并非影响eDNA浓度的主要因素。这一发现对于理解eDNA浓度变化的机制具有重要意义，因为如果eDNA的浓度变化与潮汐相关，那么在设计采样方案时就需要考虑潮汐的影响，而本研究的结果表明，eDNA的浓度变化主要受到产卵行为本身的影响。

通过上述两个实验，研究团队成功估算了日本马加鱼的产卵季节，并揭示了其在产卵期间eDNA浓度的昼夜节律。这些结果不仅为eDNA技术在海洋产卵调查中的应用提供了实证支持，也为未来相关研究奠定了基础。此外，研究还指出，eDNA浓度的变化可能受到多种因素的影响，包括鱼类的生物量、摄食行为以及水体流动等。因此，在设计eDNA采样方案时，需要综合考虑这些因素，以提高检测的准确性和可靠性。

值得注意的是，尽管eDNA分析在检测鱼类产卵活动方面表现出较高的敏感性和效率，但其仍存在一些局限性。例如，eDNA分析无法直接获取鱼类的个体特征，如大小、年龄、性别等，也无法提供关于鱼类杂交的信息。这些信息在传统的产卵调查中通常可以通过直接观察或捕获个体获得，但在eDNA分析中则难以实现。因此，未来的研究需要进一步探索如何结合eDNA分析与其他传统方法，以弥补其在某些方面的不足。同时，eDNA分析的非侵入性特点使其在海洋生态系统中具有广泛的应用前景，特别是在需要减少对目标物种和栖息地干扰的场合。

本研究的成果不仅有助于更准确地估算日本马加鱼的产卵季节，还为海洋产卵调查提供了新的思路和技术手段。通过eDNA浓度的变化，研究人员能够间接推断鱼类的产卵行为，而无需直接接触或干扰目标物种。这种方法在减少人力和时间成本的同时，也降低了对生态系统的潜在影响。此外，eDNA分析还能够用于监测物种多样性，为海洋生态保护提供更加全面的数据支持。

从更广泛的角度来看，eDNA分析在海洋生态系统中的应用仍处于发展阶段，其在鱼类产卵调查中的潜力尚未被完全挖掘。尽管已有研究在淡水环境中成功应用eDNA技术，但将其推广到海洋环境仍面临诸多挑战。例如，海洋水体的流动性更强，且受多种环境因素（如洋流、水温、盐度等）的影响，这可能会影响eDNA的扩散和分布。因此，在设计海洋eDNA采样方案时，需要充分考虑这些因素，并选择合适的采样点和采样时间，以提高检测的准确性和代表性。

未来的研究可以进一步优化eDNA采样方法，例如通过调整采样深度、采样频率以及采样地点，提高对产卵活动的捕捉能力。此外，结合其他技术手段，如遥感、声学监测和水下摄像等，可以实现对海洋鱼类产卵行为的多维度研究。同时，随着eDNA分析技术的不断进步，其在海洋生态监测中的应用将更加广泛，为海洋资源管理和生态保护提供更加科学和高效的解决方案。

总的来说，本研究通过eDNA分析成功估算了日本马加鱼的产卵季节，并揭示了其在产卵期间eDNA浓度的昼夜变化规律。这些发现不仅为eDNA技术在海洋产卵调查中的应用提供了实证支持，也为未来相关研究提供了重要的参考价值。随着技术的不断完善和应用范围的扩大，eDNA分析有望成为海洋生态研究中不可或缺的重要工具，为保护和管理海洋生物资源做出更大贡献。