基于土壤与空气eDNA技术的澳大利亚半干旱草原陆生脊椎动物检测方法探索

本研究针对传统方法难以检测Julia Creek dunnart（Sminthopsis douglasi）等小型哺乳动物的问题，创新性地采用环境DNA（eDNA）技术，通过土壤和主动空气采样器在澳大利亚昆士兰中部半干旱草原进行脊椎动物检测。研究发现空气采样可检测到长毛鼠（Rattus villosissimus）等3种常见物种，但目标物种未检出，揭示了人类DNA污染和采样强度对检测效率的影响，为濒危物种监测提供了方法学优化方向。

　　

在广袤的澳大利亚半干旱草原上，生活着一种神秘的小型有袋类动物——Julia Creek dunnart（Sminthopsis douglasi）。这种被列为受威胁物种的小家伙体长仅15厘米左右，却面临着严峻的生存挑战。传统的活体诱捕和相机陷阱监测方法不仅效率低下，而且在这片面积达数百平方公里的开阔草原上实施起来困难重重。更棘手的是，该物种种群数量波动剧烈，使得常规监测方法常常"扑空"。如何快速准确地掌握这类濒危物种的分布情况，成为保护生物学家们亟待解决的难题。

来自昆士兰科技大学等机构的研究团队Emma L.Gray等人独辟蹊径，将目光投向了环境DNA（environmental DNA，eDNA）技术。这项被誉为"生物监测革命性突破"的技术，能够通过分析环境中脱落的DNA片段来追踪生物踪迹。虽然eDNA技术在水生生态系统监测中已大显身手，但在陆地环境特别是开阔草原中的应用仍处于探索阶段。研究人员大胆尝试通过采集土壤和空气样本中的eDNA来检测陆生脊椎动物，尤其聚焦于难以捉摸的Julia Creek dunnart，相关成果发表在《BMC Research Notes》上。

研究团队采用了两种关键技术路线：主动式空气采样器收集空气eDNA和土壤样本采集。空气采样器采用Garrett等设计的改良版本，安装在地面以上10厘米处，连续运行12-16小时。DNA提取分别测试了Qiagen Blood and Tissue Kit与Powersoil Pro Kit两种方案，使用MiMammal-U引物对12S rRNA基因片段（约171 bp）进行扩增，通过Illumina MiSeq平台进行高通量测序。数据分析采用DADA2流程进行质量控制、OTU聚类，并通过BLAST比对进行物种鉴定。

研究结果呈现出有趣的发现。空气采样eDNA分析在5个采样点（共7个）检测到脊椎动物DNA，而土壤eDNA仅在1个采样点获得成功。令人意外的是，目标物种Julia Creek dunnart在所有实验样本中均未检出，仅在直接将滤纸与活体动物接触的阳性对照中检测到。不过，空气样本成功捕获了3种当地常见物种：长毛鼠（Rattus villosissimus）、红袋鼠（Osphranter rufus）和棕鹌鹑（Synoicus ypsilophorus），这些结果与当地已知的物种分布相符。

通过对比两种DNA提取方法，Qiagen Blood and Tissue Kit表现出更优的性能，检测到8个分类单元，而Powersoil Pro Kit仅检测到3个。值得注意的是，人类DNA污染成为困扰研究的主要问题，占到空气样本总reads的98.1%，两个空气滤膜样本甚至只检出了人类DNA。研究人员推测，这种高水平的污染可能导致低丰度目标DNA在PCR扩增过程中被抑制，造成假阴性结果。

在讨论部分，作者指出虽然这项试点研究证实了空气采样eDNA技术在开阔草原环境中检测陆生脊椎动物的可行性，但其效果受到采样强度、部署时间和人类污染的多重限制。与同期开展的相机陷阱监测（记录到24个物种）相比，eDNA方法的物种检出率明显偏低。针对这些问题，研究团队提出了一系列改进建议：增加采样点数量（至少10个）、延长采样时间（连续3-4晚）、采用双采样器配置（不同高度和朝向），以及开发人类DNA阻断引物等。

这项研究的重要意义在于首次在半干旱澳大利亚草原环境中系统评估了空气和土壤eDNA技术对陆生脊椎动物的检测效能。虽然目标物种未能检出，但研究为优化采样设计、控制污染提供了宝贵经验，为发展非侵入式生物监测技术开辟了新思路。特别是在当前生物多样性快速丧失的背景下，这类创新监测方法对于保护Julia Creek dunnart等濒危物种具有重要应用前景。未来研究若能解决当前局限，eDNA技术有望成为生态调查和物种保护的有力工具。