大型草食动物食性追踪新策略：植物DNA宏条形码技术与传统观察法的比较研究

这篇研究通过比较直接观察法与DNA宏条形码（DNA metabarcoding）技术，系统评估了两种方法在追踪牛羊食性组成中的准确性。研究创新性地利用粪便样本中的植物ITS1标记和节肢动物COI标记进行高通量测序，发现植物DNA分析能更准确地反映大型草食动物（LMH）的食性差异，而节肢动物DNA虽能提供补充信息但存在分类偏差。成果为混合放牧系统的生态研究提供了可靠工具。

　　

ABSTRACT

大型草食动物（LMH）在塑造植被特征中起关键作用，但传统观察法难以准确测定其食性。本研究通过比较直接观察与DNA宏条形码技术，发现植物DNA分析能更精准识别牛羊食性差异：羊偏好营养丰富的非禾本科植物（如豆科和菊科），而牛以禾本科为主。尽管粪便中节肢动物DNA可反映部分食性信息，但其准确性受限于分类分辨率。

1 引言

LMH通过摄食行为影响植被结构和生态系统功能，但传统方法在野外混合种群研究中存在局限。DNA宏条形码技术通过分析粪便中的环境DNA，为食性研究提供了新思路。研究假设：基于单食性昆虫与宿主植物的专一性关联，节肢动物DNA可间接反映LMH食性。

2 材料与方法

2.1 研究区域

实验在中国吉林草原生态研究站进行，该地区以羊草（Leyming chinensis）为优势种，包含菊科、豆科等多类植物。

2.2 实验设计

直接观察法：通过咬痕识别牛羊摄食的5类植物（禾本科、菊科等），统计频次。

DNA分析：采集粪便样本，分别用COI（节肢动物）和ITS1（植物）标记进行Illumina测序。

2.3 数据分析

使用QIIME2和MEGAN进行序列分析，通过最低共同祖先（LCA）算法分类。剔除低丰度ASV后，计算植物群落的出现比例（POO）并与观察数据对比。

3 结果

3.1 直接观察

羊的食性中禾本科仅占9.2%，而牛达44.9%。

3.2 DNA分析

植物DNA检测到羊粪便中73个ASV，牛粪便中149个ASV。节肢动物DNA因分类限制（如鳞翅目偏好性扩增）导致禾本科比例低估。

3.4 方法比较

植物DNA与观察数据的卡方检验差异更小（羊p=0.03，牛p<0.001），显著优于节肢动物DNA（p<0.001）。

4 讨论

植物DNA宏条形码能有效克服观察法的时空限制，但需注意扩增偏差（如ITS1对禾本科的识别差异）。节肢动物DNA的局限性源于昆虫活动性（如蝗虫易逃逸）和数据库覆盖不足。研究证实了DNA技术在混合放牧系统中的应用潜力，未来可通过多标记联用提升分辨率。

5 结论

植物DNA宏条形码是LMH食性研究的可靠工具，而节肢动物DNA的辅助价值有限。该技术为理解草食动物-植物-节肢动物三级营养关系提供了新视角。