河流大型底栖动物环境DNA检测的最优策略：水样与碎屑组合采样法的综合评估与验证

推荐：为解决传统形态学监测耗时费力且eDNA(环境DNA)技术采样标准不统一的问题，研究人员在汉江中下游开展多类型样本(WS/DS/DES/SS/BS)的宏条形码(metabarcoding)比较研究，证实水样(WS)与碎屑样(DS)组合可最全面检测底栖动物群落结构，为河流生物监测标准化提供关键技术支撑。

　　

随着全球淡水生态系统面临气候变化和人类活动的双重压力，准确评估水生生物多样性成为生态保护的核心挑战。传统依赖形态学鉴定的底栖动物监测方法存在效率低下、专业门槛高等局限，而新兴的环境DNA(eDNA)技术虽展现出巨大潜力，却在采样策略标准化方面存在显著空白。尤其对于栖息习性差异显著的河流大型底栖动物(macroinvertebrates)，如何选择最优环境样本类型成为制约技术应用的关键瓶颈。

中国科学院水生生物研究所的研究团队在《Ecological Indicators》发表的研究中，创新性地系统比较了水样(WS)、碎屑样(DS)、碎屑乙醇浸泡液(DES)、沉积物(SS)和生物组织样(BS)五种样本在汉江中下游的检测效能。通过高通量测序(HTS)分析COI基因片段，发现eDNA宏条形码比传统DNA宏条形码多检出30%的物种，其中WS对双壳类(Bivalvia)检测优势显著，而DS能全面覆盖寡毛类(Oligochaeta)等底栖类群。研究首次证实WS与DS的组合采样策略可互补捕获92.3%的物种多样性，为建立河流生物监测新标准提供了关键科学依据。

关键技术方法包括：在汉江中下游8个采样点同步采集五类样本；采用CTAB法和磁珠试剂盒提取DNA；使用mlCOlintF/jgHCO219引物扩增313bp的COI片段；Illumina MiSeq平台测序后通过Vsearch进行97%相似度的OTU聚类；基于Bray-Curtis距离的PERMANOVA分析群落差异。

研究结果部分：
3.1 测序数据分析
4,039,219条有效序列经均一化处理后，eDNA样本的OTU数量显著高于BS样本(p<0.01)，其中DS样本的寡毛类序列占比达36.2%，WS样本则检出9.4%的蚌类(Unionida)特有OTU。

3.2 物种组成特征
WS中摇蚊(Cricotopus triannulatus)相对丰度最高(14.5%)，DS以仙女虫(Nais)为主(27.0%)。值得注意的是，WS未能检测襀翅目(Plecoptera)等4个目，而DS覆盖全部18个目。

3.3 群落结构差异
PCoA分析显示WS与DS的群落结构差异显著(p=0.004)，两者分别聚集在不同象限。WS特异性检出12种双壳类，DS则独占23种寡毛类，呈现明显互补性。

3.4 采样策略比较
在成本效益分析中，DS+WS组合检出140种，显著高于单一样本(p<0.001)，而增加DES或SS仅带来<5%的种类提升，证实双样本组合的性价比最优。

讨论部分强调，该研究首次从生态位分化角度解析了不同样本的检测偏好：WS适于浮游DNA富集型类群，DS则更好保留底栖生物遗留DNA。提出的WS+DS标准化方案较芬兰、澳大利亚现有规范更适应河流生态系统特点，其非破坏性采样特性特别适用于珍稀物种监测。未来需结合湿法研磨技术(Buchner et al., 2021)优化样本前处理流程，推动eDNA技术在流域生态评估中的规模化应用。这项研究为《生物多样性公约》2020后框架下的淡水生物监测提供了中国方案。