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本文聚焦于环境 DNA（eDNA）在地下水研究中的应用。阐述了其在地下水生态系统中的来源，探讨了它在监测地下水水质、评估生物多样性等方面的应用，分析了面临的局限，还展望了未来发展方向，为相关研究提供全面参考。
引言
环境 DNA（eDNA）是生物体释放到周围环境中的遗传物质（DNA），可在沉积物、水和空气中被识别。eDNA 的来源包括皮肤细胞、黏液、粪便、唾液和其他体液。它能被捕获、保存、提取、扩增、测序和分类，从而实现物种检测和分类。许多因素，如生物量、生物年龄、摄食活动、生理状况、生活史和空间分布等，都会影响 eDNA 的产生。
在生态研究、生物多样性监测和保护生物学领域，eDNA 分析已成为一种强大的工具。与传统方法不同，eDNA 分析是一种非侵入性方法，无需干扰栖息地就能了解物种的存在和数量，这对于研究难以捉摸或珍稀的物种、监测入侵物种、评估生态系统健康状况以及进行生物多样性调查尤为有用。此外，eDNA 分析还能为种群动态、物种相互作用和生态系统功能动态提供有价值的信息 。
地下水依赖型生态系统（GDEs）依靠地下水作为水源，这些生态系统包括泉流河和含水层，它们支持着特有的微生物群落、独特物种（如某些穴居动物）和深根植物群落，每个群落都会在水中留下独特的遗传标记。GDEs 与地表水的相互连通增强了生态系统间的遗传交换和物种多样性，而地下水中的微生物群落在各种化学物质的循环中起着关键作用。
通过 Scopus 数据库进行的文献计量调查，探究了 eDNA 在地下水应用方面的研究趋势。研究发现，该领域的研究重点从最初强调物种水平的鉴定，逐渐转向更广泛的生态应用，近期研究则更倾向于微生物群落、GDE、穴居动物、环境监测和生态系统动态。在地理上，澳大利亚、美国、瑞士和中国等国在 eDNA 研究方面处于领先地位，其他一些国家也开始涉足这一领域，但非洲和南美洲地区的相关研究较少，需要在更多样的气候和地质环境中开展研究，以便将 eDNA 方法推广应用于全球的 GDEs。
eDNA 在 GDE 中的来源
GDE 中的 eDNA 可来自多种来源，主要为植物或动物。主要来源包括大型和小型动物，以及深根植物。有研究在地下水中发现了具有短距离分布的特有物种的古老谱系。植物来源的 eDNA，如树叶和花粉，通过分解、径流或树木根系在非饱和带的相互作用渗入地下水，这反映了植物与水之间的相互作用。
在地下水中的应用
穴居动物群落的组成可能会因能量、肥料、水或污染物输入等重要生态变化而改变。基于地表水生物反应制定的地下水水质标准，可能不足以保护地下水系统，因为某些穴居动物可能比地表水中的动物对化学污染物更敏感。穴居动物有望成为地下水水质的指示生物，可将其纳入类似的监测计划中。
环境限制
近年来，eDNA 在古环境研究领域的应用显著增加。尽管应用日益广泛，但由于采样环境复杂多变，eDNA 的稳定性仍存在诸多不确定性。理论上，一旦 eDNA 被宿主生物排出，其浓度会降低至无法检测的水平，但这些过程具有很强的环境特异性，会受到来源、运输和降解等因素的影响。
eDNA 的局限性和挑战
尽管 eDNA 在物种发现和保护方面取得了显著技术进步且应用越来越广泛，但在地下水应用中仍存在一些障碍和局限性。其中一个重要问题是，在公开数据库中缺乏用于代谢条形码方法中分类学分配的参考序列，并且缺少针对地下水物种的合适引物。许多物种尚未被记录，并且 / 或者缺乏明确的形态学标准，这给物种鉴定带来了困难。
未来展望
- 开发高灵敏度的 eDNA 提取方法和多分类群评估方法，有望彻底改变地下水生物多样性监测。这不仅能够检测到稀有和低丰度物种，还能同时监测从微生物到穴居动物等多种类群，从而全面了解地下水生态系统。
- 利用 eDNA 标记进行地下水监测，将成为确定含水层动态（如水位波动）的最有效工具。
