多模态环境DNA采样方法在山区脊椎动物多样性监测中的比较效能研究

这篇综述系统比较了水环境DNA（eDNA）、空气eDNA和无脊椎动物来源DNA（iDNA）三种采样方法在监测高黎贡山脊椎动物多样性中的效率。研究采用五种引物组（12SV05、16Smam和VertU）进行元条形码分析，共检测到235种脊椎动物，其中水eDNA表现最优（173种），iDNA（102种）和空气eDNA（56种）各具优势。通过多物种占据模型（MSOM）验证了eDNA检测的可行性，强调了整合多方法采样对提升复杂山地生态系统监测精度的重要性。

　　

1 引言

山地生态系统覆盖地球约五分之一的表面积，是全球85%以上鸟类、哺乳动物和两栖动物的关键栖息地。传统监测方法如相机陷阱或直接观察在复杂地形中面临挑战，而环境DNA（eDNA）技术通过水、空气或无脊椎动物媒介（如蚂蟥）捕获遗传物质，为生物多样性评估提供了快速、经济且非侵入性的解决方案。高黎贡山（GLGM）作为中国生物多样性热点区域，成为验证多模态eDNA方法的理想场所。

2 材料与方法

2.1 采样设计与实施

研究选取高黎贡山北段（GZ）和南段（NK）两个站点，于2023年8月至10月采集水eDNA（28份）、空气eDNA（32份）和蚂蟥iDNA（36管，共475只蚂蟥）。空气采样器固定于离地2米高度连续工作12小时，水样通过0.45μm滤膜过滤2升。所有操作遵循无菌协议，样本通过冷链保存。

2.2 分子实验与数据分析

DNA提取采用改良的DNeasy Blood and Tissue Kit，消化步骤中大幅增加缓冲液和蛋白酶K体积。使用五对引物（12SV05、16Smam1和VertU三组）进行元条形码扩增，通过Begum策略消除标签跳跃序列。测序在Illumina NovaSeq 6000平台完成，数据经LULU算法去噪和OTU聚类，物种注释以NCBI数据库为参考（相似度≥98%）。统计采用vegan包计算α/β多样性，并通过spOccupancy包构建多物种占据模型（MSOM），评估检测概率与物种分布。

3 结果

3.1 采样方法比较

水eDNA检测到173种脊椎动物（74%总量），包括100种独有物种，尤其在鱼类和两栖类中表现突出；蚂蟥iDNA检出102种，对大型兽类（如偶蹄目和食肉目）敏感；空气eDNA捕获56种，独特检出20种小型鸟类。12SV05引物效率最高，覆盖70%物种，而VertU的较长片段（200bp）提升了鉴定精度。

3.2 区域多样性特征

共记录235种脊椎动物，包括107种哺乳动物和77种鸟类。IUCN受胁物种如亚洲黑熊（Ursus thibetanus，易危VU）和贡山麂（Muntiacus gongshanensis，濒危EN）被检出。MSOM显示水eDNA的物种占据概率中位数为0.65，显著高于蚂蟥（0.5）和空气（0.7），但检测概率普遍较低（水eDNA中位数0.088）。

4 讨论

4.1 技术特性与局限

水eDNA易受水文条件影响，可能整合流域信号；蚂蟥iDNA反映局部多样性但存在季节限制；空气eDNA为小型鸟类监测提供新思路。12SV05引物虽通用性强，短片段（80-120bp）限制近缘种区分，需结合VertU交叉验证。

4.2 保护意义

研究揭示了GLGM作为物种分化热点的重要性，如高黎贡白眉长臂猿（Hoolock leuconedys）和特有鱼类贡山裂腹鱼（Schizopyge gongshanensis）。多模态采样可弥补单一方法缺陷，例如蚂蟥iDNA补充了水eDNA对陆生大型动物的低敏感性。

5 结论

整合水、空气和iDNA的混合策略显著提升山地脊椎动物监测效能。未来需扩大时空采样规模，优化引物设计，并建立区域专属数据库以支持保护决策。该框架为全球生物多样性热点地区的快速评估提供了可推广方案。