低强度环境DNA采样揭示新热带河流流域鱼类群落格局：一种快速生物监测的创新方法

本研究通过便携式环境DNA(eDNA)采样套件结合12S MiFish分子标记，在巴西上巴拉那河400公里自由流动河段及水电站下游开展鱼类群落快速评估。创新性采用低水量(平均360mL/位点)采样策略，成功检测68个鱼类分类单元，证实eDNA代谢条形码技术可有效反映海拔梯度(R=?0.82,p=0.001)和水坝对鱼类群落的影响，为资源有限地区的水生生物监测提供标准化解决方案。

　　

ABSTRACT

环境DNA(eDNA)代谢条形码技术为河流流域快速物种监测提供强大工具。针对新热带地区资金限制和偏远环境的挑战，研究团队开发便携式采样套件和低强度采样方案，通过平均360mL/位点的水样采集，结合12S MiFish分子标记，成功评估了上巴拉那河自由流动河段及Emborca??o水电站下游的鱼类群落。数据显示海拔与物种丰富度呈显著负相关(R=?0.82,p=0.001)，下游位点因群落组成而非eDNA累积效应呈现最高物种多样性。

1 Introduction

传统水生生物监测面临采样困难、稀有物种检测等技术瓶颈，而eDNA技术通过环境样本中的DNA检测实现非侵入式监测。在上巴拉那河流域——新热带地区水电开发最密集区域之一，研究团队创新采用便携式Sterivex过滤系统，旨在验证低水量采样方案在高度多样化河流中的适用性。该流域现存469种鱼类中341种为本地种，水坝建设导致洄游性鱼类多样性显著下降，亟需快速评估工具。

2 Material and Methods

研究选取巴拉那伊巴河400公里自由流动河段5个位点(P1-P5)和水电站下游1个位点(P6)，使用封闭式Sterivex系统采集水样(多数位点180mL/滤器)。通过DNA PowerWater试剂盒提取，扩增线粒体12S区域200bp片段，Illumina NextSeq 2000平台测序。生物信息学分析采用DADA2和Phyloseq流程，基于NCBI数据库进行物种注释，严格筛选相似度>85%的ASVs。生态分析包含α/β多样性指数、NMDS排序和物种累积曲线。

3 Results

测序获得760,338条鱼类相关序列，经严格筛选后鉴定74个分类单元(31种/38属/2目/1纲)。Characiformes(44%)和Siluriformes(38%)占据主导。关键发现包括：

1. 海拔梯度效应：P1(783m)至P6(515m)呈现物种数13-40的递增趋势

2. 水坝影响：下游P6位点独有28种，PERMANOVA显示显著群落差异(p=0.01,R²=0.4)

3. 优势物种：Pimelodus maculatus占总读数的29%，与传统调查丰度数据吻合

4. 稀有物种：濒危物种Pseudoplatystoma corruscans仅检出72条序列(RRA 0.009%)

4 Discussion

研究证实低水量eDNA方案在资源有限地区的适用性：

• 与传统调查相比，eDNA检测到更高物种丰富度(74 vs 68种)

• 读长相对丰度(RRA)与已知种群规模呈现一致性

• 物种累积曲线表明双重复采样可覆盖85%以上多样性

• 下游高多样性主要源于Corumbá河鱼类群落补充，非eDNA累积效应

5 Conclusion

该便携式eDNA方案为破碎化河流的鱼类保护提供快速决策工具，成功应用于巴拉那伊巴河水电站环评否决案例。未来需完善参考数据库并优化采样设计，以提升稀有洄游性物种(如Brycon orbignyanus)的检测灵敏度。研究为热带地区水生生态系统管理建立了可推广的技术标准。