环境DNA宏条形码技术在传粉者群落评估中的应用与优化：基于野外及控制实验的研究

这篇研究通过比较视觉观察与环境DNA（eDNA）宏条形码技术，系统评估了两种方法在监测传粉者群落（如膜翅目Hymenoptera和鳞翅目Lepidoptera）及植物-传粉者互作中的效能。实验设计涵盖野外调查（Richmond地区两种原生植物）和可控环境（蝴蝶展览温室），结合Illumina与牛津纳米孔（ONT）测序平台，揭示了eDNA在检测广谱真核生物（如植物害虫）中的优势，但对特定传粉类群的敏感性有限，强调了传统方法与eDNA技术联用的必要性。

　　

摘要

全球传粉者种群衰退威胁生态系统稳定性，本研究通过环境DNA（eDNA）宏条形码技术探索植物-传粉者互作的监测方法。实验分为两部分：野外调查比较视觉观察与Illumina测序，可控环境测试不同采样策略和引物对（牛津纳米孔技术）。结果显示，视觉调查更敏感于膜翅目（Hymenoptera），而eDNA更易检测植物害虫等生物；可控环境中eDNA对鳞翅目（Lepidoptera）的检测灵敏度有限。结论指出，eDNA虽能拓宽真核生物检测范围，但需结合传统方法优化采样设计、引物选择和生物信息流程。

1 引言

传粉者衰退与栖息地丧失及气候变化相关，亟需可靠监测手段。传统方法（如网捕、陷阱）存在时空局限性和致死性风险，eDNA技术通过土壤、空气等基质提供非致死性替代方案。然而，现有研究显示eDNA对传粉者（如蜜蜂、蝴蝶）的检测效率参差不齐，可能受样本类型、引物偏倚（如COI基因）、测序平台（Illumina vs. ONT）和参考数据库完整性影响。本研究旨在优化eDNA方法，填补技术空白。

2 方法

2.1 野外调查

选取两种原生植物（Liatris spicata和Pycnanthemum muticum），在Richmond地区52个站点采集样本。每站点观察5分钟并记录传粉者，随后用CTAB缓冲液保存拭子样本。DNA提取后，使用fwhF2/R2n引物（205 bp）进行Illumina测序，生物信息分析采用MJOLNIR流程，BLASTN比对MIDORI2数据库。

2.2 蝴蝶展览实验

在Lewis Ginter温室中，测试两种COI引物（Hebert和Folmer）及ONT测序。样本包括花朵、树皮和水果，通过decona流程分析数据。

3 结果

3.1 野外调查

eDNA检测到34个节肢动物分子操作分类单元（MOTUs），但仅23%为传粉者（如熊蜂Bombus griseocollis和蛾类）。视觉调查则主要记录膜翅目（如蜜蜂科Apidae），eDNA更敏感于蓟马（Thripidae）等害虫。β多样性分析显示技术方法显著影响群落组成（PERMANOVA，p=0.001）。

3.2 蝴蝶展览

ONT测序仅检出两种蝴蝶（Papilio memnon和误匹配的Caligo brasiliensis），而多数读段属于果蝇（37%）和蚜虫（36%）。样本类型（如全花vs.拭子）显著影响β多样性（p=0.001）。

4 讨论

eDNA在检测广谱生物（如害虫）中表现优异，但对目标传粉者（如蜜蜂、蝴蝶）的灵敏度受限于DNA沉积量、引物偏倚（如COI扩增效率低）和参考数据库覆盖度。建议结合视觉观察，并优化采样策略（如移除可见昆虫）和分子标记（如尝试16S或28S基因）。

5 结论

eDNA宏条形码技术需进一步优化以提升传粉者监测效率，当前阶段需与传统方法互补，为生物多样性保护提供更全面的数据支持。