《Biological Invasions》：Terrestrial environmental DNA survey substantially improves detection of satellite populations for an invasive insect
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早期检测卫星种群对于管理入侵物种至关重要，但传统方法在种群稀疏且分布广泛时往往效果不佳。研究人员评估了陆地环境DNA（eDNA）调查在检测美国纽约州主要高速公路沿线斑点灯笼蝇（Lycorma delicatula）方面的有效性，该地区位于北美入侵前沿。在2年多
早期检测卫星种群对于管理入侵物种至关重要，但传统方法在种群稀疏且分布广泛时往往效果不佳。研究人员评估了陆地环境DNA（eDNA）调查在检测美国纽约州主要高速公路沿线斑点灯笼蝇（Lycorma delicatula）方面的有效性，该地区位于北美入侵前沿。在2年多的时间里，研究人员使用基于滚轮的寄主树表面eDNA采集方法，对83个地点进行了采样，覆盖1,650 km的高交通流量道路，并将结果与同期视觉调查和政府运行的诱捕器监测计划（“环形诱捕器”）进行了比较。研究人员在77%的采样地点检测到斑点灯笼蝇eDNA，而视觉调查仅在这些地点中的5%显示灯笼蝇存在。平均而言，eDNA阳性检测与最终iNaturalist记录之间的延迟为662天。位点占有率模型估计每次eDNA样本的检测概率为0.77（95% CI 0.66–0.86），而每个诱捕器为0.25（95% CI 0.21–0.31）。2023年的检测概率低于2022年（eDNA：0.68 vs. 0.89；诱捕器：0.13 vs. 0.32），这可能是由于研究人员在种群密度较低且距入侵核心较远的地点进行采样。层次模型的外推表明，每个占据位点3个eDNA样本可实现95%的累积检测概率，而环形诱捕器则需要11–23次检查。研究人员的调查发现了先前未记录到的、在调查时已知分布范围前沿之外的斑点灯笼蝇种群，包括高风险农业区和森林区。这些结果表明，陆地eDNA调查在检测大面积低丰度入侵昆虫方面可能优于传统方法。将eDNA纳入陆地入侵物种的早期检测与快速反应工作，可能会改善管理效果，并降低由人类传播导致失控扩散的风险。
**陆地eDNA调查在入侵昆虫卫星种群检测中的应用与意义**
入侵物种从少量奠基种群发展为广泛入侵后，其控制或根除难度急剧增加。早期检测与快速反应（EDRR）策略是降低管理成本、提升防控效果的前沿手段。对于具有双相扩张模式的入侵物种，人类辅助的“跳跃扩散”会形成远离主扩张前沿的卫星种群，这些种群随后在当地增长，并可能成为进一步扩散的起点，最终导致失控扩散和巨大经济损失。然而，在广阔地域中定位低密度的卫星种群十分困难，传统监测方法常力不从心。斑点灯笼蝇（SLF, *Lycorma delicatula*）原产中国和越南，2014年首次在美国宾夕法尼亚州发现，后经人类交通方式被动携带形成长距离跳跃扩散，已在美国东北部迅速蔓延。其现有入侵前沿绵延数百公里，而传统视觉搜索和诱捕器难以可靠检测低密度卫星种群。因此，亟需一种高灵敏度、可大范围部署并兼容EDRR框架的监测技术。陆地环境DNA（eDNA）技术近年来在水生系统外取得了显著进展，但尚未被用于系统性搜索人类辅助扩散形成的卫星种群。本研究基于已有局部有效的滚轮采样法，将其扩展到覆盖纽约州主要高速公路的大尺度调查，旨在评估该技术在实际EDRR场景中的检测能力。
研究人员于2022和2023年秋季，在美国纽约州沿主要高速公路选取83个站点，覆盖1650公里，使用无菌油漆滚筒擦拭寄主树干表面采集eDNA，同时进行短时视觉搜索，并对比政府运行的环形诱捕器监测数据。通过定量PCR（qPCR）检测SLF特异性DNA，利用位点占有率模型、逻辑回归和层次模型估算并比较不同方法的检测概率。研究发现，eDNA调查在77%的站点检出SLF，而视觉搜索仅在5%的站点发现个体；eDNA每次采样的检出概率为0.77，显著高于环形诱捕器的0.25。eDNA还发现了多个先前未知、位于已知分布前沿之外的卫星种群，包括重要农业区和森林区。该研究证明陆地eDNA调查可在大空间尺度上有效检测低丰度入侵昆虫，为EDRR提供了新工具。论文发表在《Biological Invasions》。
在关键技术方法上，研究人员在纽约州高速公路沿线83个站点（2022年45个，2023年46个，其中8个两年重复调查）采集寄主树表面eDNA：使用无菌滚筒采集每棵树的整个树干表面（0–3米高度），每个站点采集两个子位点，每个子位点合并3棵树的样本。对滤膜进行DNA提取，使用针对SLF ITS1区域的特异性qPCR检测，并设置野外和实验室阴性对照；同时开展2.5分钟定时视觉搜索，并整合美国农业部环形诱捕器的检查数据。分析上采用位点占有率模型、逻辑回归和层次贝叶斯模型估计检测概率及最优采样设计。
**eDNA检测与已知分布的比较**
研究人员将eDNA阳性位点与监管机构及iNaturalist记录对比。在25个具有可比数据的站点中，16个站点仅eDNA检测阳性，6个站点eDNA与机构调查均阳性，3个站点两者均阴性；没有出现机构阳性而eDNA阴性的站点。16个eDNA独阳站点中有10个在调查后出现了iNaturalist记录，平均延迟662天，表明eDNA揭示了先前未被发现的种群。
**eDNA与视觉调查的比较**
在83个调查站点中，eDNA在65个站点检出SLF，而视觉搜索仅在4个站点检出，且这4个站点全部为eDNA阳性。逻辑回归估计视觉检测概率仅为0.04，远低于eDNA，说明eDNA在低密度种群检测中具有显著优势。
**eDNA与环形诱捕器的比较**
位点占有率模型显示，eDNA每次采样的检出概率为0.77（95% CI 0.66–0.86），而环形诱捕器每次检查的检出概率为0.25（95% CI 0.21–0.31）。2023年两者的检出概率均低于2022年（eDNA：0.68 vs. 0.89；诱捕器：0.13 vs. 0.32），与采样点更靠北、种群密度更低相符。达到95%累积检出概率，eDNA仅需3个滚轮样本，而环形诱捕器需11–23次检查。
**调查设计优化**
基于层次模型，DNA捕获概率在2022年和2023年分别为0.85和0.55，qPCR技术重复检出概率分别为0.80和0.42，两年联合的总体检出概率为0.63。计算表明，在占据位点捕获SLF DNA需要2–7个样本，在含DNA的样本中达到95%检出置信需2–6个qPCR重复；采用当前方法（每站点2个样本、3个qPCR重复）时，2–9个样本即可实现95%的累积检出概率。
讨论指出，陆地eDNA调查能够可靠检测视觉搜索无法发现的SLF，且比常用环形诱捕器更高效，并适合沿道路网络快速部署。虽然eDNA阳性结果存在假阳性风险，但本研究通过严格的野外和实验室阴性对照及测序验证，确认了检测结果的可靠性。研究还强调，eDNA方法在应用于其他目标昆虫时需考虑物种的排泄物产量和寄主专化程度。总体而言，将陆地eDNA纳入EDRR框架，可提高对入侵物种卫星种群的早期发现能力，改善管理效果，并降低因人类辅助扩散导致的失控蔓延风险。
