综述：水生环境DNA采样技术与仪器研究进展：现状、挑战与未来展望

这篇综述全面评述了水生环境DNA（eDNA）自主采样技术的最新进展，重点分析了自动化设备（如ESP、RoCSI等）在克服传统方法时空局限性方面的突破，探讨了原位分析（in situ）能力的发展趋势，并指出标准化验证与跨平台整合是未来技术落地的关键挑战。

　　

ABSTRACT

环境DNA（eDNA）分析技术彻底改变了人类监测水生和陆地生态系统生物多样性的能力。传统eDNA采样方法受限于时空覆盖范围，难以捕捉瞬时事件或偏远区域的生物信号。近年来，自主eDNA采样技术的出现为获取高分辨率遗传数据提供了强大工具，其核心优势在于突破人工采样瓶颈，实现自动化水样采集与保存。

背景与历史

eDNA技术起源于1980年代海洋微生物采样设备的创新，如Friederich等开发的系泊式水样采集器。早期设备可分为三类：全水样采集器（如RAS）、过滤采样器（如AMS）以及具备原位分析能力的生态基因组传感器（如ESP）。其中，ESP通过整合过滤、裂解和qPCR检测功能，首次实现深海环境中特定微生物RNA的实时监测。

新型eDNA采样仪器时代

当前技术呈现多元化发展态势：

• •

  陆基/船载设备：如Smith-Root eDNA采样器采用自保存滤芯，支持三重复同步采集；

• •

  半自主尼斯科式仪器：如Ascension采样器实现单人操作400米深度采样；

• •

  全自主设备：WHOI-Oceanics多采样器可搭载AUV_{（自主水下机器人）}完成16个样本采集，而MBARI的3G-ESP更实现60个样本的原位裂解与qPCR分析。

新兴分析技术

纳米孔测序与微流控芯片推动原位检测革新：

• •

  日本JAMSTEC开发的ATGC采用3D打印集成12个Sterivex滤器；

• •

  便携式CRISPR检测系统对有害藻华毒素的检出限达0.1 ng/L；

• •

  表面等离子共振（SPR）传感器已成功部署于AUV平台监测微囊藻毒素。

挑战与标准化

当前最大瓶颈在于缺乏统一验证标准：

1. 1.

   采样效率差异显著，如ISMIFF与Niskin采样对比显示16S rRNA群落组成偏差；

2. 2.

   控制样本设计尚未形成规范，交叉污染风险影响数据可靠性；

3. 3.

   设备接口缺乏标准化，制约模块化系统发展。

未来展望

下一代技术将聚焦三大方向：

1. 1.

   人工智能驱动的自适应采样策略；

2. 2.

   低功耗原位测序仪器的微型化；

3. 3.

   与全球生物观测网络（如OBON）的数据互操作。正如深海探测设备Clio所证明的，跨学科协作是推动生态基因组传感技术从实验室走向全球海洋监测网络的关键。