应用环境DNA技术监测入侵生物福寿螺(2)

国内外已有研究对福寿螺入侵的调查大多采用传统调查方法,即在各采样点位进行定量采集、计数和称重,根据福寿螺成体数量或总重评估福寿螺的入侵程


国内外已有研究对福寿螺入侵的调查大多采用传统调查方法,即在各采样点位进行定量采集、计数和称重,根据福寿螺成体数量或总重评估福寿螺的入侵程度,并依据野外调查的卵块数量等估算出福寿螺的入侵潜力[6-11]。传统调查方法操作简单,数据分析方法和监测指标参考文献充足,定量程度较高且准确;然而传统调查方法耗时费力,灵敏度差,易受到福寿螺生长周期和采样季节等因素的制约。例如,冬季由于福寿螺钻入底泥、水中存在量较少的情况下由于捕获率低易导致较大误差,这就导致在春季福寿螺繁殖期前不能及时监测到其入侵现状。

环境DNA(environmental DNA,eDNA)技术是近年来新兴的一种灵敏度高、省时省力的生物多样性调查方法。eDNA是指可以从环境样品中可以直接提取到的DNA片段总和,是由环境中所有物种DNA混合而成,包含生物体经由皮肤、体液、排泄物等释放到环境中的胞内DNA,也包括细胞死亡后裂解释放到环境中的胞外DNA[12-13]。eDNA技术是指从环境样品中直接提取生物体的DNA片段,通过高通量测序,结合目标物种的特异性基因识别片段进行比对,其结果可用于监测取样环境中的目标物种(如入侵生物和濒危物种)组成和分布特征[14]。

eDNA技术可用于水生入侵生物的早期入侵监测。2008年,Ficetola等[15]通过提取和分析淡水环境中的美国牛蛙(Rana catesbeiana)DNA来监测其入侵分布状况,首次将eDNA技术引入水生生物研究领域。随后eDNA技术成为水生生物种群监测的一种新的研究方法,现有研究较多应用在入侵鱼类的监测。2011年,Jerde和Mahon等[16]利用eDNA技术对芝加哥运河的2种亚洲鲤的早期入侵进行监测,结果显示eDNA监测与传统渔业捕捞调查方法相比效率更高;随后,Jerde和Mahon等[17]进一步证实eDNA技术监测方法的灵敏度,结果表明eDNA技术对河流生态系统中低密度物种的分布研究的准确性,以及估算相对丰度的适用性。2013年,Goldberg等[2]应用eDNA技术监测新西兰水生入侵软体动物泥螺(Potamopyrgus antipodarum),研究结果发现泥螺eDNA数量与种群密度间存在显著正相关。我国基于eDNA技术的研究和应用较少,近年来已经开始尝试和探索,例如姜维等[18]通过监测濒危水生动物川陕哲罗鲑实现eDNA分析流程的优化,徐念等[19]应用eDNA技术检测长江中下游干流鱼类物种多样性。

本研究采用eDNA技术,调查冬季苏州地区28个采样点位的福寿螺在不同水体中的发生情况,旨在结合实际观察情况和eDNA检测结果实现对福寿螺的入侵监测。研究结果以期为江苏省有害入侵生物多样性调查和防控提供数据积累,为江苏省水环境管理提供数据支撑,并推广eDNA技术在国内入侵生物监测上的应用。

1  材料与方法

1.1  研究区域概况和采样点位

苏州位于江苏省东南部,是长江三角洲重要的中心城市之一,全市面积8488.42平方公里[20]。苏州属亚热带季风海洋性气候,四季分明,雨量充沛。农业和渔业发达,主要种植水稻、小麦、油菜等农作物,养殖长江刀鱼、太湖银鱼、阳澄湖大闸蟹等水产。全市地势低平,平原占总面积的54.8%,海拔4米左右。苏州境内河网纵横交错,大小湖泊星罗棋布[20],作为长三角的航运枢纽,又有大量人工运河。

综合上述地形特征和人类干扰特征,选出通湖的中小型非航运河流(下文简称为“河流”)、湖泊和人工运河,结合之前该地区的底栖动物采样结果中的福寿螺成体的相关资料,设置了28个采样点位;其中,13个河流点位、8个人工运河点位和7个湖泊点位(图1)。于2019年1月对28个采样点位进行水样品的采集与福寿螺存在情况的调查。