环境DNA（eDNA）技术革新河流底栖大型无脊椎动物多样性监测——被动式中通道采样法效能评估

本研究针对传统形态学方法在河流底栖大型无脊椎动物多样性监测中的局限性，系统比较了四种eDNA采样方法与传统方法的效能。研究发现，被动式中通道膜采样法（PMC）可检测到559个OTUs，远超传统方法（152个OTUs），且具有更高的分类分辨率和系统发育多样性（Faith’s PD）。该研究为eDNA技术在流水生态系统生物监测中的标准化应用提供了关键依据，对推动淡水生物多样性保护具有重要意义。

　　

随着人类世淡水生物多样性衰退速度远超陆地生态系统，有效监测和保护水资源生态环境已成为紧迫课题。传统形态学调查方法虽长期作为生物多样性评估的金标准，但存在工作量大、分类分辨率有限且对微型/隐蔽物种检测能力不足等局限。环境DNA（environmental DNA, eDNA）技术作为新兴监测手段，以其非侵入性、高灵敏度和标准化数据产出等优势正迅速改变生态监测格局，但其在流水生态系统中的采样方法标准化及与传统方法的定量关系仍存在显著知识空白。

针对这一挑战，南京农业大学植物保护学院的研究团队在《Ecological Indicators》发表论文，系统比较了传统踢网采样与四种eDNA方法（主动水样过滤、乙醇保存分析、中通道被动膜采样PMC和岸边被动采样PSS）在亚热带溪流底栖大型无脊椎动物多样性监测中的效能。研究通过多维评估揭示：被动式采样特别是中通道部署方式，在物种检出率、分类分辨率和系统发育多样性方面均展现显著优势，为eDNA技术标准化应用提供了重要科学依据。

关键技术方法包括：在浙江天目山国家级自然保护区6个溪流点位同步实施传统踢网采样（0.9m²采样面积）与四种eDNA采样；使用0.7μm玻璃纤维膜进行被动式膜采样（中通道与岸边位点浸泡3天）和主动水样过滤；采用COI基因313bp区段进行宏条形码扩增（引物mlCOlintF/jgHCO219）；Illumina NovaSeq 6000平台进行高通量测序；通过UPARSE进行97%相似度OTU聚类，并基于中国淡水大型无脊椎动物条形码库（CMBL）进行分类注释；运用Faith’s PD、MPD、MNTD等系统发育多样性指数，NMDS、PERMANOVA等多元统计方法进行群落结构比较。

研究结果方面：

3.1 OTUs检测效能分析

被动eDNA方法显著优于主动方法，检测到653个OTUs（vs. 361个）。其中PMC方法表现最佳，检出559个OTUs（83科269属），较传统方法提高3倍以上。PMC与传统方法在科、属、种水平均显示最高重叠度（p<0.01），并捕获最多独特OTUs（186个），主要来自双翅目（45.7%）、鞘翅目（15.0%）和毛翅目（10.6%）。

3.2 群落组成特征

所有方法均以水生昆虫为优势类群。eDNA与传统方法的群落组成存在显著差异（PERMANOVA，R²=0.258，p<0.001），这种差异主要由物种替代分量驱动。被动方法（PMC与PSS）显示出极高的OTU重叠度，其中PMC方法的嵌套性分量贡献最高。

3.3 定量关系解析

在科水平上，eDNA相对读数与形态学丰度呈显著正相关（p<0.05），但这种相关性主要由优势类群（摇蚊科、四节蜉科）驱动。在属水平仅PMC方法显示显著相关性，种水平则无显著关系。斜率分析证实PMC方法与形态学数据的关联强度最高。

讨论部分深入阐释了这些发现的科学意义：eDNA方法显著扩展了传统调查的物种检出范围，但两者在物种水平仅有50.8%-60%的重合度，证实了方法的互补价值。PMC方法的高效能源于其72小时持续集成采样特性，克服了瞬时采样的时空局限性，并能捕获更广泛上游来源的eDNA信号。值得注意的是，中通道采样（PMC）反而比岸边采样（PSS）显示出更高检测效能，这与静水生态系统研究结论相反，揭示了流水生态系统的独特eDNA扩散规律——较高流速促进eDNA释放传输，使中通道成为更具代表性的采样位点。

该研究首次系统验证了被动eDNA采样在流水底栖动物监测中的卓越性能，确立了PMC方法作为全面生物多样性评估的最优选择。研究建议将标准化被动采样（PMC+PSS）与传统方法整合，构建更强大的监测框架。这种集成方法不仅能提升空间覆盖度，为建立生物多样性基线提供支撑，更能有效追踪人类活动引起的长期生态变化，为淡水生态系统保护管理提供精准技术支撑。