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淡水流域底栖动物edna宏条形码筛选研究

山西化工 2024年第9期44卷 198-200,233页

作者：张玉蕾刘占鑫刘凯鑫武宇鹏太原科技大学环境与资源学院山西太原030024

利用edna宏条形码对淡水生态系统进行研究的过程中,通用基因的筛选很重要。本研究计算并比较了cox1、cob、12SrDNA和18SrDNA基因的进化速率和基因差异位点,结果显示cox1基因具有适中的进化速率和较高的种间差异,适合作为edna宏条形码的... 详细信息

利用edna宏条形码对淡水生态系统进行研究的过程中,通用基因的筛选很重要。本研究计算并比较了cox1、cob、12SrDNA和18SrDNA基因的进化速率和基因差异位点,结果显示cox1基因具有适中的进化速率和较高的种间差异,适合作为edna宏条形码的通用基因。通过对比不同长度的cox1基因片段对结果的影响,发现300 bp左右的短片段在底栖动物物种多样性方面有较高的覆盖度。因此,本研究确定300 bp长度的cox1基因作为淡水底栖动物edna宏条形码的通用基因片段,以提高物种多样性评估的覆盖度,为淡水生态系统的生物多样性研究和生态修复提供技术服务。

关键词： edna宏条形码底栖动物线粒体cox1

edna宏条形码监测沉积物原生生物群落多样性

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生态毒理学报 2022年第4期17卷 175-186页

作者：薛棋文杨江华张丽娟张效伟雷春生常州大学环境与安全工程学院常州213164 污染控制与资源化研究国家重点实验室南京大学环境学院南京210023

原生生物个体小、繁殖快,对污染物敏感,是沉积物环境污染重要指示类群。传统基于形态学的方法难以快速准确地反映沉积物中原生生物的群落组成和物种多样性,严重制约了其在水生态评估中的应用。本研究采用环境DNA宏条形码方法,基于真核18... 详细信息

原生生物个体小、繁殖快,对污染物敏感,是沉积物环境污染重要指示类群。传统基于形态学的方法难以快速准确地反映沉积物中原生生物的群落组成和物种多样性,严重制约了其在水生态评估中的应用。本研究采用环境DNA宏条形码方法,基于真核18S rRNA基因片段分析了太湖流域沉积物原生生物的群落结构及其时空差异,筛选了可用于太湖流域沉积物生态评估的原生生物指标,建立了基于原生生物的水生态评估方法。结果显示,利用环境DNA技术在太湖流域沉积物共检出原生生物群落有2468个分类单元(OTU),属于13门44纲,至少在2个平行样本出现的OTU占总OTU的84.25%,春季(3月)与秋季(8月)原生生物群落组成差异明显。评价结果表明,目前太湖流域原生生物群落完整性整体处于亚健康和一般水平。

关键词： edna宏条形码原生生物生态健康评价监测技术

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基于edna宏条形码技术的上海骨干河流鱼类多样性研究

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长江流域资源与环境 2023年第7期32卷 1433-1446页

作者：张彦彦唐文乔陈振锋龚珑唐振张亚上海海洋大学海洋动物系统分类与进化上海高校重点实验室上海201306 水产种质资源发掘与利用省部共建教育部重点实验室上海201306 上海市生态环境局上海200003

为了解淀浦河、川杨河、大治河、金汇港、龙泉港等5条上海市骨干人工河流鱼类物种多样性及群落结构状况,于2021年6月(夏季)和11月(秋季)经过水样采集、edna抽滤和提取、12SrRNA遗传标记扩增、高通量测序与生物信息分析等分析流程。结果... 详细信息

为了解淀浦河、川杨河、大治河、金汇港、龙泉港等5条上海市骨干人工河流鱼类物种多样性及群落结构状况,于2021年6月(夏季)和11月(秋季)经过水样采集、edna抽滤和提取、12SrRNA遗传标记扩增、高通量测序与生物信息分析等分析流程。结果显示,两次调查共从5条骨干河流的20个断面中检测到80种鱼类,排除10种因厨余废物流入河道而被检出的海洋种类,实际栖息的可能有70种,隶属于10目22科55属,包括国家Ⅱ级重点保护动物胭脂鱼(Myxocyprinus asiaticus)和5种外来物种。夏季和秋季检出鱼类分别为48种和62种,每条河流平均35.2种和44.0种。但20个断面夏季的Chao1指数和ACE指数均大于秋季均值,而Shannon指数和Simpson指数均值均小于秋季。夏、秋两季共同的优势种为刀鲚(Coilia nasus)、鲫(Carassius auratus)和鲤(Cyprinus carpio)。Jaccard相似性分析显示,断面间相似性最好的龙泉港表现为极相似,但表现最差的大治河也为中等相似。Cluster聚类和NMDS排序分析显示,5条河流可分为显著差异的3组,即龙泉港、金汇港和除Z1断面外的大治河各断面为组Ⅰ,川杨河和淀浦河各断面为组Ⅱ,Z1断面为组Ⅲ,刀鲚、鲫、大鳍鱊(Acheilognathus macropterus)是造成组间差异的主要分歧种。研究检出的鱼类物种数虽多于黄浦江干流已记录的物种数,但厨余废物流入河道也能被检出,可能存在一定的“假阳性”现象。尽管如此,edna宏条形码技术仍在城市河流鱼类多样性评估方面展现良好应用前景。

关键词：上海骨干人工河流 edna宏条形码鱼类多样性群落结构空间差异

edna宏条形码技术探究北京市主要河流鱼类分布特点

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eDNA宏条形码技术探究北京市主要河流鱼类分布特点

作者：沈梅中国环境科学研究院

学位级别：硕士

生物多样性是生态学研究的热点话题。《地球生命力指数2020》报告指出:由于过度的活动,在不到半个世纪的时间里,多个物种的全球种群数量平均下降了68%,其中淡水生物多样性丧失速度相比其他生态系统更快。鱼类作为淡水生物中的重要组成,... 详细信息

生物多样性是生态学研究的热点话题。《地球生命力指数2020》报告指出:由于过度的活动,在不到半个世纪的时间里,多个物种的全球种群数量平均下降了68%,其中淡水生物多样性丧失速度相比其他生态系统更快。鱼类作为淡水生物中的重要组成,具有重要的生态和经济价值,保护鱼类多样性有利于水生态系统的健康与稳定。由于水体污染、过度捕捞、气候变化、外来物种入侵等各种因素导致鱼类资源也在急剧下降。北京作为一国的首都,人口密度大,社会和经济发展迅速,城市化率高,而城市化的发展会引发栖息地的丧失和破碎化,导致局部区域生物的遗传、物种和功能趋于同质化,因此亟需采取措施来保护生物多样性,保护的前提则是监测。以往对鱼类多样性的调查都是使用撒网、地笼、电鱼器等对生境以及生物具有破坏性的手段,目前则使用环境DNA（Environment DNA,简称edna）技术结合高通量测序——edna宏条形码技术（edna Metabarcoding）,调查水体的鱼类多样性。edna技术因效率高、对生境和生物无损害以及无须具备生物鉴别能力被用于调查珍稀濒危物种、入侵物种、生物多样性以及生物量估算等。本研究利用edna宏条形码技术的理论和方法,调查北京市三条水系在两个季节的鱼类多样性,评估edna技术用于调查北京市鱼类多样性的可行性,分析北京市鱼类在三条水系的分布特点,并结合测定的环境因子,探讨影响鱼类多样性和分布的主要因子。主要研究内容和结果如下:（1）开展了edna宏条形码和地笼法结果的比较分析。证实了edna宏条形码技术检测到的鱼类多样性要显著高于传统法。edna宏条形码技术识别鱼类55种,传统法有35种,鱼类物种组成都是鲤形目和鲈形目为主。（2）开展了序列相对丰度与鱼类个体相对丰度的相关性分析。edna宏条形码技术检测结果和地笼法捕获结果之间具有相关性,edna宏条形码技术调查北京市鱼类多样性具有可行性,后续分析基于edna的调查结果。（3）分析比较了三条水系的鱼类多样性及组成。三条水系在生物学分类组成上没有明显的区别,鱼类α多样性之间也没有区别。三条水系优势种有明显的不同,北运河水系主要以耐污种为优势种,潮白河水系和大清河水系主要以清水鱼为优势种。进一步分析发现清水鱼在郊区河流的丰富度要显著高于城区河流。（4）分析环境因子对鱼类多样性及分布的影响。测定的环境因子对整体鱼类多样性影响不大。但是对清水鱼的分布影响较大,其中夏季影响较为显著的是总溶解固体以及电导率,秋季主要是海拔和温度,且两个季节的清水鱼都分布在高海拔高溶解氧的区域。探究清水鱼丰富度与环境因子和夜间灯光指数的相关性,发现清水鱼多样性随着总溶解固体的升高以及人类活动的增强而显著降低,说明了城市化及人类活动对清水鱼多样性下降有影响。（5）分析比较了两个季节的鱼类多样性及组成。两个季节的鱼类种多样性没有明显的不同,但是秋季鱼类科多样性要显著高于夏季鱼类科多样性,所有edna宏条形码识别到的冷水鱼都是在秋季,都说明了edna宏条形码技术可以用于评估北京市鱼类群落的季节变化。秋季鱼类目丰富度高于夏季,序列丰度较多的目如鲤形目和鲈形目主要分布在北运河水系和潮白河水系;序列丰度较少的目主要分布在潮白河水系和大清河水系。本研究确定了edna宏条形码技术用于调查北京市鱼类多样性的可行性,并使用edna宏条形码技术分析了北京市主要河流鱼类多样性的分布以及季节变化。为城市化对生物多样性的影响提供了新的证据,为北京市鱼类生物学监测提供了方法的参考,其调查结果也为北京市鱼类提供了数据参考。

关键词：鱼类地笼法 edna宏条形码北京市

环境DNA(edna)宏条形码技术对枝角类浮游动物物种鉴定及其生物量监测研究

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生态毒理学报 2018年第5期13卷 76-86页

作者：孙晶莹杨江华张效伟污染控制与资源化研究国家重点实验室南京大学环境学院南京210023

环境DNA(edna)宏条形码(Metabarcoding)技术越来越多地被应用于环境中物种定性识别,但如何定量监测物种在环境中的丰度尚未得到解决。本研究以太湖流域常见的5种浮游动物拟同形溞、大型溞、蚤状溞、多刺裸腹溞、老年低额溞为研究对象,... 详细信息

环境DNA(edna)宏条形码(Metabarcoding)技术越来越多地被应用于环境中物种定性识别,但如何定量监测物种在环境中的丰度尚未得到解决。本研究以太湖流域常见的5种浮游动物拟同形溞、大型溞、蚤状溞、多刺裸腹溞、老年低额溞为研究对象,建立了一种基于edna宏条形码技术的物种定量方法,并与实时荧光定量PCR(qPCR)相比较,研究了edna宏条形码技术多物种定量的准确性。结果表明,PCR引物对edna宏条形码的物种检测和定量影响显著。313 bp COI313引物对浮游动物物种覆盖度高,但是物种间DNA扩增的偏好性大,不适用于edna宏条形码定量检测。基于COI序列重新设计的短COI116引物能够同时检测出所有5个物种。荧光定量PCR(qPCR)物种拷贝数与物种相对占比呈正相关。edna宏条形码所检出每个物种的序列数与qPCR定量拷贝数高度一致。综上,edna宏条形码技术可实现对浮游动物物种的半定量检测,在生物多样性监测和生物完整性评价有显著的应用价值。

关键词： edna宏条形码生物多样性 qPCR 引物偏好生物完整性物种丰度相对丰度

贵州平寨水库浮游生物群落结构特征及鱼产力评估

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贵州平寨水库浮游生物群落结构特征及鱼产力评估

作者：袁菁菁北部湾大学

学位级别：硕士

平寨水库是贵州省第一个长距离跨地区及流域的水库水利调水工程,具有解决该地区城市供水及农业灌溉用水,并兼顾发电、城乡和人畜饮水作用。随着库龄的增加,水库水质往往会产生一定程度的富营养化,并影响库区鱼类的生长。基于此,本文以... 详细信息

平寨水库是贵州省第一个长距离跨地区及流域的水库水利调水工程,具有解决该地区城市供水及农业灌溉用水,并兼顾发电、城乡和人畜饮水作用。随着库龄的增加,水库水质往往会产生一定程度的富营养化,并影响库区鱼类的生长。基于此,本文以贵州平寨水库为研究主体,聚焦其浮游生物群落结构特征及鱼产力评估这一研究主题,以鲢鱼（Silver carp）和鳙鱼（Bighead carp）为主要养殖对象,采用文献调研、现场取样调查及实验室检测等多种方法,对平寨水库浮游生物群落结构特征进行研究,对其水质现状进行评价,并对库区鱼类的多样性进行调查研究,分析其鱼产潜力与渔业模式,为其他同类型水库开展生态渔业提供参考。主要研究结果如下:（1）分别于2022年5月、8月、11月及2023年3月,对平寨水库进行了浮游生物的调查研究。结果共检出浮游植物8门244种。绿藻门最多（96种）,占39%;其次为硅藻门67种,占总种数的27%,蓝藻门49种,占20%;甲藻门15种,占6.5%;其他各种类占比均不足5%。浮游植物平均密度为57.52×10～4ind/L,5月最高（117.11×10～4ind/L）;3月最低（1.5×10～4ind/L）;浮游植物平均生物量为1.78mg/L,8月最高（5.53 mg/L）,3月最低（0.046mg/L）。浮游植物优势种共有11种,其中5月、8月、11月和3月四次调查中均出现的浮游植物优势种为尖针杆藻（Synedra acus）。（2）平寨水库浮游动物共测出4大类186种,其中,原生动物（Proto zoa）和轮虫（Rotifers）最多,各有65种,占34.9%;其次为枝角类（Cladocer as）29种,占15.7%;桡足类（Copepods）27种,占14.5%。浮游动物平均密度:28.11×10～2ind/L。8月最高（56.35×10～2ind/L）;3月最低（9.14×10～2ind/L）。浮游动物平均生物量为23.25mg/L,8月最高为59.95 mg/L,3月最低为3.58mg/L。浮游动物优势种共有12种。（3）平寨水库的浮游植物群落结构主要为绿藻-硅藻型,水质表现为中-富营养型。其中,浮游植物多样性指数（Simpson）为2.72～5.65,均匀度指数（Pielou）为0.90～1.88,丰富度指数（Margale）为0.94～1.05。浮游动物多样性指数（Simpson）为2.98～4.58,均匀度指数（Pielou）为1.49～2.29,丰富度指数（Margale）为0.43～0.49。（4）平寨水库pH值7.6～8.2,水温WT 17.3～24.7℃,透明度SD 140～205cm,总磷TP 0.01～0.03 mg/L,总氮TN 2.3～3.11mg/L,化学需氧量CODcr 5～16mg/L,氨氮NH3-N 0.075～0.163mg/L,硝酸盐NO3 2.18～2.99mg/L,高锰酸盐CODMn 0.7～2.5mg/L,溶解氧DO 6.72～7.88mg/L,叶绿素Chl.a 2～11mg/L,除TN外,水库水质总体较好大部分水质在I～II级以上。（5）通过edna共检出鱼类43种,隶属5目11科38属。鲤形目最多,34种,占79.1%;其次为鲈形目,4种,占9.3%;鲇形目3种,占7%;鳉形目与合鳃鱼目均检测出1种。鱼类群落Alpha多样性分析中,C hao指数范围为1130.42～2220.17,平均值为1643.55;ACE指数为1118.47～2262.97,平均值为1633.92;Simpson指数为0.08～0.45,平均值为0.19;Shannon指数为2.62～4.86,平均值为4.03;Pielou均匀度0.27～0.46,平均值0.39,P值>0.05,说明各采样点间鱼类丰度无显著差异。（6）基于鱼产力的估算,浮游植物提供鱼产力约为17.8 kg/hm2;浮游动物提供的鱼产力约为697.5 kg/hm2;通过叶绿素a推算出鱼产力约为563 kg/hm2。结合平寨水库大水面增殖渔业方案及水库鱼产力,鲢、鳙鱼种的合理放养量应为鲢19.78kg/hm2,鳙鱼581.25kg/hm2。

关键词：平寨水库浮游生物群落结构水质评价 edna宏条形码鱼产力

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多重环境压力对原生动物群落结构的影响研究

多重环境压力对原生动物群落结构的影响研究

作者：袁国庆大连海洋大学

学位级别：硕士

目前,长江流域浅水湖泊正面临多重环境变化的压力,其中全球气候变暖、水体富营养化和农药污染被认为是关键的环境变化,对湖泊生态系统产生了一系列不利影响。因此,选择对湖泊生态系统环境变化高度敏感的水生生物类群,探究全球气候变暖... 详细信息

目前,长江流域浅水湖泊正面临多重环境变化的压力,其中全球气候变暖、水体富营养化和农药污染被认为是关键的环境变化,对湖泊生态系统产生了一系列不利影响。因此,选择对湖泊生态系统环境变化高度敏感的水生生物类群,探究全球气候变暖背景下,水体富营养化和农药污染等多重压力对水生生物群落结构和生物多样性的影响,对揭示湖泊生态系统未来的变化趋势及其保护修复十分必要。本研究选择原生动物这一对周围环境变化具有高度敏感性的指示生物为对象开展研究。于2021年3月至11月期间,设计了一个三因素室外中宇宙模拟实验系统,通过升温、添加氮磷、添加杀虫剂三种单一处理及其组合处理,采用形态学和e DNA宏条形码技术,来探究升温、富营养化和杀虫剂污染多重环境压力对浅水湖泊原生动物群落结构的影响。研究结果表明:1.将形态学观察与e DNA宏条形码技术鉴定到的原生动物进行比较,发现e DNA宏条形码技术鉴定到种阶元的占43.37%,鉴定到属及属以上阶元的占56.63%;形态学观察鉴定到种阶元占28.26%,鉴定到属及属以上阶元的占71.74%。与原生动物形态鉴定结果相比较,e DNA宏条形码检测到的物种数更多,鉴定到种的比例也更高,但是在科和属阶元的分类上存在大量无法鉴定情况。2.对于原生动物丰度和生物量,富营养化和杀虫剂单一处理均对其存在显著促进作用;升温单一处理的作用不显著,但升温和富营养化联合处理时,两个处理之间存在协同作用,原生动物生物量会显著提高;升温和杀虫剂联合处理时,两个处理之间存在拮抗作用,原生动物丰度和生物量增长量会降低。3.对于原生动物的α多样性,富营养化单一处理存在显著促进作用,并能够影响物种丰富度和优势种组成,而升温和杀虫剂联合处理则会显著降低原生动物的α多样性。4.升温、富营养化和杀虫剂均是影响原生动物功能类群的重要因素。单独的升温处理会提高食藻者A类群(A)的占比;杀虫剂单一处理、杀虫剂与升温联合处理时均会降低食藻者A类群(A)、食藻者&食菌者类群(A&B)占比,提高肉食性捕食者类群(R)占比;富营养化单独作用时对原生动物的影响不显著,和杀虫剂共同作用时,原优势类群A&B会被R类群替代,同时A类群占比会再度上升。5.不同环境因子的共同作用会形成交互作用,使得水生态环境和原生动物群落的变化更为复杂,尤其在气候变化的背景下,对水生态系统未来变化趋势的预测将更加困难。本文主要创新点:首次系统探究了升温、富营养化和杀虫剂污染对原生动物群落结构的单一及联合影响,相关成果可为浅水湖泊水生态系统保护修复提供科学依据。

关键词：原生动物全球气候变暖富营养化杀虫剂污染 edna宏条形码

大型河流中鱼类组成的edna监测效率:以长江武汉江段为例

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中国水产科学 2021年第6期28卷 796-807页

作者：杨海乐吴金明张辉杜浩李君轶王成友沈丽刘志刚危起伟中国水产科学研究院长江水产研究所农业农村部淡水生物多样性保护重点实验室

为了探讨大型河流中的edna监测效率,以长江为大型河流的代表,以鱼类为水生生物的代表,分析传统捕捞监测和edna监测结果的差异,研究edna监测技术对长江武汉江段鱼类组成的监测能力、监测效率、平行样设置等问题。结果显示:(1)用1对edna... 详细信息

为了探讨大型河流中的edna监测效率,以长江为大型河流的代表,以鱼类为水生生物的代表,分析传统捕捞监测和edna监测结果的差异,研究edna监测技术对长江武汉江段鱼类组成的监测能力、监测效率、平行样设置等问题。结果显示:(1)用1对edna宏条形码引物(mlCOIintF/jgHCO2198R)共监测到89种鱼类,其中30种可与历史捕捞调查记录互相确认,另外59种需要更完善的条形码数据库来解决序列比对注释问题;(2) 9月在武汉监测断面,可用单引物(mlCOIintF/jgHCO2198R) edna监测到的物种最优估计约99种,单样品edna监测的鱼类物种检出能力约为26种,检出效率约为25.8%;(3)在80%的检出度目标下,需要约10个平行样,在95%的检出度目标下,需要约17个平行样。本研究在长江武汉江段鱼类edna监测效率和平行样设置的相关量化结果可为长江其他断面及其他大型河流的edna监测提供量化参考。同时,本研究表明,更完善的DNA宏条形码数据库和合适的平行样设置是未来edna监测作为常规监测手段进行运用的前提。

关键词：长江鱼类种类组成 edna宏条形码 edna监测监测效率

基于edna metabarcoding探究北京市主要河流鱼类分布及影响因素

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生物多样性 2022年第7期30卷 130-141页

作者：沈梅郭宁宁罗遵兰郭晓晨孙光肖能文中国环境科学研究院北京100012 山西农业大学林学院山西晋中030801

使用edna宏条形码(ednametabarcoding)和地笼法检测了北京市3条水系在夏季和秋季两个季节的鱼类多样性,旨在研究北京市鱼类群落的空间格局特征,探索适用于北京鱼类生物多样性监测及保护的新方法。结果表明:在北京市的34个采样点中,利用e... 详细信息

使用edna宏条形码(ednametabarcoding)和地笼法检测了北京市3条水系在夏季和秋季两个季节的鱼类多样性,旨在研究北京市鱼类群落的空间格局特征,探索适用于北京鱼类生物多样性监测及保护的新方法。结果表明:在北京市的34个采样点中,利用e DNAmetabarcoding共检测出鱼类55种,显著高于传统方法所捕获的鱼类种数(35种),鱼类组成以鲤形目和鲈形目为主。山区河流清水鱼的多样性要显著高于城区河流,城区河流(北运河水系)群落结构较为单一,以鲫(Carassius auratus)、麦穗鱼(Pseudorasbora parva)、泥鳅(Misgurnus anguillicaudatus)等耐污种为优势种;山区河流(潮白河水系及大清河水系)以宽鳍鱲(Zacco platypus)、拉氏鱥(Rhynchocypris lagowskii)、马口鱼(Opsariichthys uncirostris)等为优势种。不同季节影响清水鱼群落结构的环境因子不同,夏季主要是总溶解固体和电导率,秋季主要是海拔和温度。清水鱼丰富度与环境因子及人类活动的相关性表明,清水鱼的丰富度随着总溶解固体及灯光指数增加而显著降低,且均与海拔、温度等存在显著相关性。本研究证明了edna metabarcoding方法用于监测北京市鱼类多样性及其时空分布的可行性。

关键词： edna宏条形码鱼类群落清水鱼生物多样性河流