环境DNA技术：解锁生态奥秘的新“钥匙”

环境DNA技术：解锁生态奥秘的新“钥匙”

环境DNA技术（Environmental DNA，简称eDNA）是一种新兴的分子生物学方法，它通过检测水、土壤、沉积物等环境样品中的DNA片段来识别和监测特定生物物种。这种技术具有非损伤性、高灵敏度和低成本的特点，在生物多样性研究、水生生态系统监测和入侵物种监测等领域展现出广阔的应用前景。

DNA作为遗传信息存在于生物的每个细胞中，当个体在所处环境中活动时，生物体会通过排泄、表皮脱落、体液分泌等方式将DNA释放到环境中。通过环境样本采集、DNA提取、高通量测序及序列比对流程，可以获取环境样本中DNA所属物种的分类学信息，进而研究生态环境中各物种的多样性程度、生活史过程、濒危状况等。

环境DNA分析简史

随着人们对生物多样性保护意识的增强，准确、高效地监测生物群落和生态系统的变化变得愈发重要。传统的生物监测方法往往依赖于直接观察、捕获或采样生物体，这些方法存在诸多局限性，如劳动强度大、对珍稀濒危物种可能造成干扰、难以检测到隐秘或微小的生物等。环境DNA技术的出现为解决这些问题提供了新的途径，它通过检测生物遗留在环境中的DNA片段来间接推断生物的存在和分布，正逐渐成为生物监测和生态学研究领域的重要工具，有望在未来的水生生物监测和生态评估中发挥更大的作用。

实际应用场景

环境DNA技术在越来越多的实际应用场景中发挥着重要作用：

• 咸阳市与陕西省环境监测中心站联合共建了陕西省环境DNA生物监测实验室，这是西北五省唯一基于分子生物学的生物多样性监测实验室，包含样本前处理室、核酸提取室等多个实验单元。实验室已为全省123个断面开展了环境DNA水生生物多样性监测，获得鱼类7目23科65属95种的重要成果，并完成了1300余个环境DNA核酸提取工作。此外，实验室还首次开展了基于环境DNA技术的朱鹮种群靶向监测。

• 云南省生态环境厅驻大理州生态环境监测站在云南省生态环境监测中心的指导下，率先在洱海流域开展环境DNA（eDNA）生物多样性连续调查，初步实现了鱼类、真核浮游植物、原核浮游植物、浮游动物和底栖动物的连续调查。

• 岳阳市江豚保护协会联合华中农业大学蓝色精灵志愿服务队推进“环境DNA技术在洞庭湖长江江豚检测中的应用”项目，运用水化学分析与荧光定量PCR技术，综合分析水质指标与长江江豚eDNA的关系，实现对洞庭湖水域长江江豚生存环境状况的精确探测。

• 南京大学等单位开展了“基于环境DNA的生物多样性监测与生态完整性评估关键技术”项目，针对传统形态学生物监测存在的技术瓶颈，攻克了痕量环境DNA富集的难题，率先构建中国水生态本土物种条形码数据库，开发环境DNA大数据分析及水生态完整性评估与诊断分析系统，实现跨流域、大尺度生态系统的健康评估与诊断。

未来发展趋势

随着科技的不断进步，eDNA技术将继续在各个环节得到创新和优化。在样本采集方面，预计会开发出更加便捷、高效且自动化程度更高的采样设备，能够在不同环境条件下准确采集到具有代表性的样本。比如陕西省环境监测中心通过三通道的水环境DNA过滤仪对采集的水样进行富集、浓缩等。

为了确保eDNA技术在不同研究和应用场景中的可靠性和可比性，建立统一的技术标准和规范将是未来的重要发展趋势。这包括制定环境样本采集、DNA提取、PCR扩增、测序和数据分析等各个环节的标准化操作流程，明确质量控制指标和数据验证方法。目前相关的标准也正在布局中，比如，中国环境科学学会发布的《基于环境DNA的淡水生物评价技术指南》（T/CSES 82—2023），规定了eDNA点位布设的原则、采样频次与时间、eDNA淡水生物监测方法、生物评价方法和生物评价等级判定等内容。该标准适用于我国多种淡水生态系统（溪流、河流、湖泊、水库等）的生物评价，为基于eDNA监测开展水生态评估提供了重要的技术指南参考；此外，上海市环境科学学会也已经立项《基于环境DNA技术的水生入侵物种多重PCR检测方法》团体标准。

多渠道信息显示，eDNA技术凭借其独特的优势在生物监测、生物多样性研究、物种入侵检测等多个领域取得了显著的成果，技术流程不断完善，数据库建设逐步推进，跨学科研究日益加强。可以说，环境DNA监测让水生生物监测跨入了大数据时代，将进一步推动水生生物指标纳入水生态环境考核体系。

水生态eDNA监测应用的新设备