温度驱动下入侵斑马贻贝在人工湖的时空分布模式：基于环境DNA的高分辨率熔解曲线分析

《Conservation Genetics Resources》：Temperature-dependent spatial and seasonal distribution patterns of the invasive zebra mussel in an artificial lake assessed using environmental DNA

本研究针对人工水库中斑马贻贝（Dreissena polymorpha）监测成本高、效率低的问题，开发了一种基于eDNA-qPCR-HRM（环境DNA-定量聚合酶链式反应-高分辨率熔解曲线）的新型检测技术。通过跨季节采样与实验室验证，研究揭示了水温是影响eDNA浓度的关键因子，并发现斑马贻贝在异常暖春条件下繁殖期提前。该技术为气候变化背景下入侵物种的实时监测提供了低成本、高灵敏度的解决方案，对防控水生生物入侵具有重要意义。

　　

人工湖和水库因其人类活动频繁、生态系统易受干扰的特点，成为水生入侵物种扩散的温床。其中，源自潘托-里海地区的斑马贻贝（Dreissena polymorpha）凭借强大的环境适应力，在欧洲和北美淡水系统中引发严重的生态与经济损失。它们不仅直接争夺本土物种的生存资源，还可能通过形成密集的生物膜层为其他入侵者（如杀手虾 Dikerogammarus villosus）提供栖息地，加剧“入侵熔毁”风险。卡迪夫湾作为威尔士地区的人工淡水湖，自2004年首次发现斑马贻贝以来，虽采取年度清除措施，但其空间分布与繁殖规律仍不明确，传统监测方法效率低下且难以覆盖全湖范围。

为解决上述问题，研究团队与卡迪夫港务局合作，开发了一套基于环境DNA（eDNA）的qPCR-HRM检测技术。该技术通过采集水样、过滤富集DNA，并针对斑马贻贝线粒体COI基因设计特异性引物（ZebMCOI1F/R），结合高分辨率熔解曲线分析实现物种精准识别与定量。研究在卡迪夫湾5个代表性位点（包括干船坞、内港、塔夫河下游等）进行四季采样，同步记录水温、溶解氧、盐度等环境参数，并通过实验室模拟验证eDNA浓度与贻贝生物量的相关性。

主要技术方法

研究通过环境DNA采样、qPCR-HRM检测和生物污垢实验相结合：

1. 1.
   在卡迪夫湾5个位点采集水样，过滤后提取DNA；
2. 2.
   设计斑马贻贝特异性COI引物，通过qPCR-HRM技术定量eDNA；
3. 3.
   利用垂直绳索悬挂网格箱监测贻贝自然附着情况，验证eDNA与实际分布的关联。

研究结果

eDNA浓度时空差异显著

eDNA浓度在4月达到峰值，2月最低，且空间上干船坞（A）和卡迪夫拦河坝（E）的eDNA含量显著高于塔夫河下游（C）。

水温是核心驱动因子

统计模型显示，水温（P<0.001）与采样位点（P<0.0001）是eDNA浓度的显著预测变量，而溶解氧与盐度影响不显著。2017年4月的异常高温可能导致斑马贻贝繁殖期提前，打破传统6-9月的繁殖规律。

生物量与eDNA关联性验证

实验室模拟中，贻贝湿重与eDNA浓度呈正相关（P=0.004），但野外生物污垢实验未发现附着贻贝数量与eDNA的显著关联，可能与PCR抑制或环境干扰有关。

讨论与结论

本研究首次将HRM-qPCR技术应用于斑马贻贝的eDNA监测，其短片段扩增、低成本优势尤其适合降解严重的环境样本。结果表明，人工湖的半封闭特性增强了eDNA检测的局域代表性，而水温波动可显著改变物种繁殖节律，提示未来监测需结合环境变量动态调整策略。该技术为管理者提供了实时、高效的入侵预警工具，尤其在气候变暖可能导致物种分布北移的背景下，对制定适应性防控方案具有重要实践意义。论文发表于《Conservation Genetics Resources》，为水生入侵生态学与保护遗传学领域提供了方法学创新与案例支撑。