河流至河口区域中水样与沉积物环境DNA通过序列分配物种（SAS）揭示的多分类层次扩增子序列变体（ASV）丰度变化

《Regional Studies in Marine Science》：Multi-taxonomic ASV frequencies revealed by water and sediment eDNA Sequence Assignment Species (SAS) across the river to the estuary.

　　

**摘要**
河口生态系统支持高生物多样性，但传统方法难以对其进行监测。我们利用18S rRNA（V9）eDNA宏条形码技术，对2022年5月和9月在韩国首津江（Seomjin River）河口及光阳湾（Gwangyang Bay）四个采样站采集的表层水、底层水和沉积物样本进行分析，完成了对各类样本生物多样性的恢复，并在浮游植物、浮游动物和底栖无脊椎动物中鉴定出与水体或沉积物相关的属。群落结构主要在水体与沉积物之间存在差异（PERMANOVA R2 = 0.432，p = 0.001），而在季节间保持均匀，表层水与底层水之间则无显著差异。浮游植物（44–56%）和浮游动物（35–52%）在水体中相对读长比例最高，而沉积物中则分别为浮游植物（54–61%）和底栖无脊椎动物（37–44%）。不同类群的季节性和地点效应有所不同：在水体中，季节解释了浮游植物变异的绝大部分（R2 = 0.513），而空间效应在浮游动物中大于（在底栖无脊椎动物中与时间效应相当）时间效应；在沉积物中，仅浮游植物检测到显著空间效应（R2 = 0.742，p = 0.009），且粒径随地点变化而与地点效应混淆。经假发现率校正后，IndVal.g分析揭示了5个水体相关（*Heterocapsa*、*Plagioselmis*）和2个偏好性在沉积物中检测到的（*Chaetoceros*、*Thalassiosira*）浮游植物属，以及2个沉积物相关的底栖属（*Chaetonotus*、*Prosphaerosyllis*）；无浮游动物属保持显著。上述趋势反映了eDNA来源与持久性的差异：水体eDNA代表当代浮游生物群落，而沉积物eDNA则结合了沉降的浮游类群与底栖类群。水体与沉积物eDNA提供了河口生物多样性的不同信息，联合采样可检测到比单一样本类型更多的类群。

**引言**
河口是陆地与海洋之间的过渡区域，具有高生物多样性、营养循环和渔业生产力特征，但同时面临高度胁迫（富营养化、环境变化和径流变率）（Elliott and McLusky 2002）。河口会发生显著的时间与空间变化，包括盐度梯度上的物种分布变化、营养驱动的群落结构变化与富营养化，以及受沉积物粒径、沉积与侵蚀影响的底栖生境持久性变化（Whitfield et al., 2012）。特别是，浮游生物群落随盐度、水温、pH和营养水平快速变化。Bilbao et al. 2023发现，河口外侧由*Minidocellus polymorphus*和*Chaetoceros tenuissimus*占优势，而内河站点由*Teleaulax acuta*、*Kryptoperidinium foliaceum*和*Cyclotella* spp.占优势，与盐度和营养驱动的群落构建一致。要准确评估这些动态复杂的生态系统，需要能够对时空变率敏感的监测方法。eDNA宏条形码能够同时检测多个类群，包括形态上隐晦的类群。

传统生物监测依赖于对敏感生物（包括浮游生物和底栖宏无脊椎动物）的均匀采样和形态学分类鉴定（Kang et al., 2020）。研究人员用水采样器或网采集浮游生物样本，然后在显微镜下鉴定和计数，以确定群落结构和生产力（Baek et al., 2015）。研究人员用岩芯或抓斗采集底栖宏无脊椎动物，过滤后进行形态学鉴定；其组成、丰度和生态指数可揭示环境胁迫（Youn et al., 2021）。虽然这些技术已经产生了关于生态系统状况和变化的有用长期数据，但其局限性包括依赖专家分类学人员、分析劳动密集、难以鉴定形态相似物种或早期生命阶段，以及在大规模监测方面存在限制。

与传统方法不同，eDNA宏条形码无需直接采集或形态学鉴定生物，即可同时揭示多个类群，并能检测结构相似物种、稀有种和隐存种。因此，eDNA通过反映物种存在、群落结构、多样性变化和环境中敏感的类群来指示生态系统健康。Ji et al.（2022）比较了18S rRNA V9 eDNA宏条形码与水库入水口/出水口溪流中的显微镜鉴定法（MSI）。eDNA发现了更高的多样性，包括难以通过形态学区分的桡足类，并更准确地检测了温度介导的多样性增加，这比MSI更能代表生态系统变化。Yu et al.（2025）使用无人机辅助的12S rRNA eDNA宏条形码鉴定了167种海洋鱼类，其中包括此前在韩国未被检测到的13种外来种。Zeng et al.（2024）识别出温度、溶解氧（DO）、叶绿素a（Chl-a）、亚硝酸氮（NO??）和铵氮（NH??）为浮游植物群落变化的关键预测因子，*Colpodella*、*Chromera*、*Chroomonas*和*Hemiselmis*被确定为对基质敏感的类群。总体而言，这些发现将eDNA宏条形码定位为超越简单物种检测的生态指示工具（Kang et al., 2022）。

越来越多的研究将eDNA宏条形码作为河流、溪流和海洋中的指示工具，包括长江离子脉冲对微生物群落的影响（Yang et al., 2026）、大西洋-印度洋沿岸鱼类生物多样性的变化（Seymour et al., 2026），以及河流中水生植物、入侵物种和土地利用指标的检出（Prieto et al., 2025）。然而，河口特有的快速复杂环境变化使得传统调查方法无法完全捕捉群落全范围的响应。尽管如此，河口生态系统中的eDNA研究仍较为有限。Gibson et al.（2024）发现，在河口环境中eDNA宏条形码的物种检出率比网采样高出2至10倍，共鉴定出76种鱼类，而网采样仅发现24种。Kume et al.（2021）在河口和海岸环境中检测到290种鱼类，包括鲻属（*Mugil cephalus*）、舒氏短笛鲷（*Acanthopagrus schlegelii*）、日本花鲈（*Lateolabrax japonicus*）和河鲀属（*Takifugu* spp.），以及48种受威胁物种和9种入侵物种。他们的方法揭示了人口密度与物种丰度之间的关系，并能比传统方法更有效地检测与气候驱动的分布范围变化相关的入侵物种。然而，目前的eDNA研究主要关注鱼类，对其他生物类群的深入研究有限；单一类群的分析（如仅针对鱼类）无法捕捉全面的生态系统结构，因此综合多个生物群落的分析对于理解河口对环境变化的响应至关重要。浮游生物和底栖无脊椎动物对环境变化响应敏感，通过群落组成和多样性的变化可作为生态系统状况的生物指示器（Zhang et al., 2020, Adesakin et al., 2023）。

eDNA宏条形码可检测反映群落和环境状况的指示生物。在淡水及河流系统中，以营养盐为重点的研究一直主导着指示生物环境驱动因子的研究。Pilgrim et al.（2022）报告总磷（TP）和总氮（TN）是细菌群落变化的主要驱动因子。Jo et al.（2026）发现总氮是Singal水库浮游植物多样性和群落变化的主要驱动因子。在海洋和河口系统中，盐度一直是环境驱动因子中的研究重点。Gibson et al.（2023）发现，在eDNA分析中，盐度与鱼类群落变化的关联最强。Xie et al.（2024）同样发现，盐度与黄河河口底栖群落多样性及其多样性变化有强烈关联。总体而言，这些研究关注的是单一环境因子，而关于指示生物在不同水深或不同样本类型中分布的eDNA宏条形码研究仍相对不足。

eDNA研究评估生物多样性和生态系统健康，超越了简单的分类检测，延伸至群落层面的评估。不同样本中检测到的生物有所不同，每个样本代表不同的生态信息，这表明单个样本可能无法充分反映总体生物多样性和群落组成（Tagliabue et al., 2023）。Brandt et al.（2021）表明水体与沉积物eDNA指示不同的群落，且两类样本之间类群对应很少。相反，在未分层或充分混合的水体中，群落结构在水深上没有显著变化，说明单一深度样本可代表整个水柱群落（Ji et al., 2025, Jo et al., 2026）。这些发现意味着样本选择应同时考虑目标生物类群和当地环境特征。

我们选择韩国南部海岸的首津江河口–光阳湾系统作为具有代表性的河口–海湾连续体，其具有从内河河口到外海区域的深度梯度。我们采集了表层水、底层水和沉积物样本，并使用18S rRNA V9引物分析浮游植物、浮游动物和底栖无脊椎动物。本研究旨在通过eDNA宏条形码技术识别水体和沉积物样本中的基质相关属，并基于不同样本类型间的分类学检测差异，提出针对河口监测的最优采样策略。

**研究区域与野外采样**
样本采集自韩国南部海岸的首津江河口–光阳湾流域（图1）。我们在2022年5月和9月进行了采样。四个采样站（GW1–GW4）覆盖了从河口到外海的深度梯度。在每个采样点，我们采集了表层水（0.5 m）和底层水。底层水采样深度分别为6.5 m（GW1）、7.0 m（GW2）、32.0 m（GW3）和25.0 m（GW4）（表1）。沉积物样本采集深度为6.9 m（GW1）、7.6 m（GW2）、33.4 m（GW3）和27.0 m。

**水质与沉积物特征**
在采样期间，首津江河口–光阳湾的物理化学环境因子因季节、站点和水层而异（表1）。水温（WT）在5月为16.0至20.1°C，9月为23.8至24.6°C，各站点表层与底层之间的变化均保持在1.0°C以内。盐度因站点和季节而异。在5月，GW1显示出最低盐度（表层25.6 psu；底层28.9 psu），而GW2–GW4则相对均匀（32.6至。

**讨论**
本研究利用表层水、底层水和沉积物样本的eDNA宏条形码技术，鉴定了首津江河口及光阳湾中浮游植物、浮游动物和底栖无脊椎动物的生物多样性与基质相关属。浮游植物和浮游动物的基质相关属在表层水eDNA中显示出高关联值，而底栖无脊椎动物的基质相关属在沉积物eDNA中显示出高关联值。此外，水-沉积物之间的生物多样性。

**结论**
表层水、底层水和沉积物eDNA在首津江河口–光阳湾系统中检测到了河口生物多样性的不同方面。水体与沉积物在浮游植物和底栖无脊椎动物中含有不同的样本类型相关属，而浮游动物属在假发现率校正后不再保持显著的基质关联；季节性效应在水体中的浮游植物中最显著，而地点效应则。

**未引用参考文献**
（Seymour et al., 2025, Todaro et al., 2019）

**CRediT作者贡献声明**
Kwak Ihn Sil：写作 – 审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取，概念构思。Gun Hee Oh：调查研究，数据整理。Chang Woo Ji：写作 – 审阅与编辑，验证，方法论。Thodhal Yoganandham Suman：写作 – 审阅与编辑。Cheol Hong：软件，调查研究。Jin Lee：写作 – 初稿撰写，可视化，软件，形式化分析。

**利益冲突声明**
作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。

**致谢**
本研究由韩国环境产业与技术研究院（KEITI）通过韩国气候变化、能源与环境部（MCEE）资助的水生生态保护研究项目（2021003050001）以及韩国国家研究基金会（NRF）拨款（NRF-2018R1A6A1A03024314）提供资助。

**利益冲突声明**
作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。

Jin Lee|Cheol Hong|Thodhal Yoganandham Suman|Chang Woo Ji|Gun Hee Oh|Ihn-Sil Kwak