环境DNA被动采样技术监测欧洲绿蟹入侵及本土蟹类保护研究

本研究针对欧洲绿蟹(Carcinus maenas)入侵的生态威胁，通过开发高灵敏度qPCR检测体系，对比评估过滤水样、FloppE-Dip沉积物采样与3D打印metaprobe被动采样器的性能。结果显示metaprobe被动采样器能显著提高eDNA捕获效率，在Sooke Basin成功检测到所有目标物种（包括入侵种），为海岸带生物多样性监测提供了创新技术方案。

　　

在全球化浪潮下，生物入侵已成为威胁海洋生态系统的头号杀手。其中，原产于欧洲的"海洋强盗"——欧洲绿蟹(Carcinus maenas)，凭借其惊人的环境适应力（可耐受盐度、温度剧烈波动）和贪婪的食性，已成功入侵北美西海岸。这种被列入"全球100种最危险入侵物种"的甲壳动物，通过捕食竞争、破坏鳗草床等行为，严重威胁着加拿大不列颠哥伦比亚省本土蟹类（如经济物种邓杰内斯蟹Metacarcinus magister）的生存。传统依靠蟹笼诱捕的监测方法存在灵敏度低、耗时长等缺陷，难以实现早期预警。

为此，来自维多利亚大学的研究团队创新性地将环境DNA(eDNA)技术引入入侵物种监测领域。研究选取温哥华岛南部的Sooke Basin（已知入侵区）和Sidney Spit（未入侵区）作为对比场址，首次系统评估了三种eDNA采集方法：常规水样过滤、新兴的FloppE-Dip沉积物采样法，以及革命性的3D打印metaprobe被动采样器。通过自主研发四套高特异性qPCR检测体系（靶向线粒体cox1/cox2基因），研究揭示了不同采样技术对甲壳动物eDNA的捕获效能差异。

关键技术方法包括：1) 基于Illumina测序组装目标物种线粒体基因组，利用unikseq生物信息学工具设计物种特异性引物探针；2) 采用QIAcuity数字PCR系统进行灵敏度验证（LOD达0.3拷贝/反应）；3) 在15个站点同步部署蟹笼与metaprobe采样器（内置带正电荷尼龙膜）；4) 通过IntegritE-DNA?技术评估样本质量，结合Zymo抑制剂去除柱纯化低质量样本。

研究结果呈现三大发现：

4.1. 检测体系性能验证

针对四种蟹类开发的eCAMA1（绿蟹）、eCAPR4（红岩蟹）、eMEGR3（优雅蟹）、eMEMA3（邓杰内斯蟹）检测体系均展现优异特性：扩增效率94-103%，R²>0.988，且与近缘种无交叉反应。特别是绿蟹检测限LOD_continuous低至4拷贝/反应，为早期入侵预警奠定基础。

4.2. 采样方法效能对比

metaprobe被动采样器展现出压倒性优势：在Sidney Spit站点，虽然蟹笼仅捕获到2种本土蟹，但metaprobe实现100%检出率，且DNA浓度高出其他方法2-3个数量级（如红岩蟹达1.20×10⁵拷贝/样本）。在已知入侵的Sooke Basin，metaprobe同样检测到所有四种蟹类，其中绿蟹eDNA浓度高达4.99×10⁶拷贝。

4.3. 实际监测应用验证

值得注意的是，在未记录绿蟹入侵的Sidney Spit，所有方法均未检出该物种，佐证了检测体系的可靠性。而动态潮汐环境中的eDNA半衰期约24小时，有效规避了假阳性风险。

这项发表于《Global Ecology and Conservation》的研究具有双重里程碑意义：技术上，3D打印metaprobe被动采样器的创新设计解决了海洋环境eDNA采集效率低的难题，其多孔球体结构配合带正电荷膜片，可持续吸附环境中的核酸分子；应用上，建立的首个北美西海岸蟹类eDNA监测体系，为管理部门提供了比传统蟹笼敏感6倍的检测工具。研究者特别建议将metaprobe与现有监测网络结合，在Haida Gwaii等易入侵区域建立早期预警系统。该成果不仅为遏制绿蟹扩散提供科学武器，其技术框架更可拓展应用于其他海洋入侵物种的防控实践。