基于环境DNA技术的江苏省鱼类群落监测应用初探

鱼类是水生生态系统生物多样性的重要组成部分,为了解江苏省地表水监测断面鱼类群落结构特征,利用环境DNA宏条形码技术对2020年4-5月江苏省148个地表水监测断面的鱼类群落进行了调查.在环境DNA样品中共检测到鱼类可操作分类单元(OTU)418个,共注释到10目14科32属46种,其中鲤形目的鱼类有27种,序列占比达8...     

浮游藻类环境DNA宏条形码监测引物的比较与验证

环境DNA (eDNA)宏条形码技术通量高、重复性好,在未来生态环境监测中有巨大的应用潜力。目前,浮游藻类环境DNA监测仍处在发展阶段,尚缺乏统一的浮游藻类扩增引物。利用同一个野外环境样本,比较8对通用引物在浮游藻类环境DNA监测中的差异,为初步建立规范化的浮游藻类环境DNA监测方法提供支撑。结果表明,不同引物对浮游藻类扩增存在明显偏好性,靶向扩增16S rDNA的引物主要检出硅藻,其次是隐藻和绿藻;靶向扩增18S rDNA的1391、AD3和ANF 3对引物具有较高的浮游藻类扩增效率和物种辨识度,分别检出67、62、63个浮游藻属,其检出的浮游藻类的相对丰度排序均为硅藻>绿藻>隐藻>金藻>甲藻,可以作为通用引物用于浮游藻类环境DNA宏条形码监测。     

长江上游合江江段鱼类早期资源与向家坝水库生态调度效果初步研究

合江江段是长江上游干流保持河流生境、适宜喜流水性鱼类栖息的重要江段.为了掌握合江江段鱼类早期资源动态,分析向家坝水库生态调度的效果,于2020年向家坝水库生态调度前后,开展了鱼类早期资源逐日监测.研究期间,共采集到鱼类早期资源5目10科38种(属),其中仔鱼29种(属)、鱼卵19种(属),包括特有鱼类6种.广适应性和喜...     

瓯江源头区龙泉溪底栖大型无脊椎动物多样性和群落特征

源头区溪流是河流生态系统最脆弱的部分,也是淡水底栖大型无脊椎动物(简称底栖动物)集中分布的热点区域,在流域物种库的形成和生态系统的多样性维持过程中具有不可忽视的作用。然而,目前国内对源头区溪流底栖动物多样性的系统调查研究较少。笔者对位于浙江省丽水市瓯江源头区的龙泉溪进行了底栖动物多样性调查研究,分别于2021年丰水期和平水期在覆盖龙泉溪主要山溪河流的18个样点采样,共采集获得底栖动物标本3 700余号。通过联合使用传统形态分类和DNA条形码技术,共鉴定出底栖动物165种,隶属5门、9纲、19目、68科、124属。联合使用DNA条形码可使底栖动物科、种水平的分辨力提升28.3%和34.1%。调查研究表明:龙泉溪底栖动物多样性丰富,物种组成以节肢动物为主(占比高达87.9%,145种),其中水生昆虫占绝大多数(共计8目、48科、140种,占84.8%),主要优势种为鞘翅目的狭溪泥甲属1种Stenelmis sp.1、毛翅目的纹石蛾属Hydorpsyche和短脉纹石蛾属Cheumatopsyche各1种;底栖动物群落多样性丰富,且在丰水期和平水期均维持在较高的水平;海拔和底质类型等微生境条件对底栖动物多样性分布的影响分析显示,底质类型对底栖动物分布密度的影响显著。对水生态状况的生物评估结果显示:Biotic Index污染生物指数更适合龙泉溪流域的水质健康状况评估,龙泉溪流域整体的水生态状况健康,水质属清洁或极清洁。该研究使用传统形态学和DNA条形码技术相结合的鉴定方式,提高了底栖动物物种鉴定的精度,所获得的多样性调查和水质评价结果为瓯江源头区溪流乃至整个流域的生态保护和长期监测提供了本底基础资料。     

应用鱼类完整性指数F-IBI评价巢湖流域的主要河流健康

保护河流健康是河流生态管理的重要目标,鱼类对维护河流生态系统健康的作用重要且不可替代。依据2013年10月巢湖53个河流采样点的鱼类调查数据,采用假设参照值法构建鱼类生物完整性指数(F-IBI)的参照系统,进而评价河流健康状况。基于29个候选生物参数,通过参数与环境因子间的相关性分析、参数间的冗余分析及其分布范围分析,确定F-IBI由鱼类总物种数、鲤科鱼类物种数百分比、中下层鱼类物种数百分比、肉食性鱼类数量百分比、产粘性卵鱼类数量百分比和耐受性鱼类数量百分比等6个参数构成。利用比值法统一各参数量纲,F-IBI值即为各构成参数比值的累加,进而评价河流水生态健康的等级,其中亚健康的采样点占16.98%,健康状况一般的采样点占50.94%,健康状况较差的采样点占32.08%。此外,影响巢湖主要河流F-IBI的重要水环境变量是叶绿素a。对重点污染区域,修复水生态系统和制定科学合理的策略,是恢复巢湖流域生态健康的重要手段。     

实时荧光定量PCR法快速测定水中微囊藻

以铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）16S rRNA基因片段为靶序列设计一对特异性引物,采用Real-time PCR法,对铜绿微囊藻进行定性、定量检测。试验表明,仅含铜绿微囊藻DNA模板的样品有特异性扩增,扩增产物熔解曲线平稳,峰尖且窄,熔解温度为（87±1）℃。以重组质粒pMD-18T-16S为标准品,检测区间为1．1×102 copies/mL～1．1×108 copies/mL,所得标准曲线符合制备实时定量PCR标准曲线的要求,对标准品进行测定,方法检出限为11 copies/mL。用该标准曲线对实验室培养获得的铜绿微囊藻DNA样品进行定量检测,与显微镜计数结果基本一致。     

应用物种DNA条形码识别太湖流域部分底栖无脊椎动物种类

将物种DNA条形码实际应用于太湖流域底栖无脊椎动物分类,并与形态学分类结果比对,结果表明,DNA条形码技术可应用于本流域底栖无脊椎动物分类,但现阶段无法替代形态学鉴定,主要原因是太湖流域底栖无脊椎动物的绝大多数物种COⅠ基因特征序列是未知的或是BLAST所拥有的分类程度不够,提出在今后的研究中应探索建立太湖流域底栖无脊椎动物COⅠ基因数据库。     

中国淡水大型底栖无脊椎动物条形码数据库构建

大型底栖无脊椎动物是得到广泛应用的水质生物监测和评价指示生物,但在实际应用过程中,受类群多样性高、形态鉴定专业性强、鉴定资料不全等影响,难以将其精确鉴定到种。新兴的DNA条形码技术能够快速、精确地鉴定物种,在生物多样性调查和监测等领域被寄予厚望。该方法的有效性与准确性依赖于完整、全面的参考数据库,然而现有公共数据库无法满足底栖动物鉴定的需求。鉴于此,南京农业大学等10余所高校及科研院所携手构建了中国淡水大型底栖无脊椎动物条形码数据库。基于该数据库网络平台,用户可以在线进行底栖动物条形码和环境DNA-宏条形码比对,完成对物种的精准注释。该数据库的建成为我国应用环境DNA-宏条形码技术开展底栖动物多样性调查、水质生物监测与评价提供了重要的数据资源。     

湘江衡阳段软体动物多样性调查和水质生物学评价

对衡山大源渡电站蓄水多年后的湘江衡阳段软体动物的种类组成、区系分布以及多样性进行了调查,并用生物多样性指数对湘江衡阳段水质进行了评价。调查结果表明,湘江衡阳段计有软体动物45种,分别隶属于2纲9科18属,其中腹足纲6科11属30种,双壳纲3科7属15种,其区系成分主要为东洋界类型;其中26种为中国特有种,且湖南湄公螺为濒危物种(被《中国物种红色名录》定为灭绝的物种)。用软体动物的Shannon-Wiener多样性指数(H’)对湘江衡阳段进行水质生物学评价,研究结果表明,湘江衡阳段的水质除东洲岛和衡山县城为清洁水外,其余8个采样点的水质均受到了轻度污染。     

基于环境DNA宏条形码的太湖流域底栖动物监测与生态健康评价

大型底栖动物是生态环境监测和评估的主要目标生物类群之一。环境DNA宏条形码技术的发展为提高底栖动物多样性监测的通量、精准性、标准化程度提供了新的机遇,但该方法在我国尚未有流域尺度的应用先例,其结果的可靠性和对生态环境健康状况的指示性有待检验。率先将环境DNA宏条形码技术用于太湖流域65个点位的底栖动物监测和流域生态健康评价,并与同步进行的形态学监测结果进行了比较。结果表明:①环境DNA方法能检出更多的底栖动物类群,在科、属、种水平上检出的分类单元数分别是形态学监测结果的106%、132%、155%;②基于环境DNA技术的检测方法能够很好地识别形态学监测结果中的优势物种,检出的科级、属级分类阶元能够覆盖形态学监测结果中90%以上的生物量和个体数,同时包含60%以上的物种数;③两种方法对同一物种的检出频次显著相关(R²>0.7,P<0.0001),总体检出一致率达72.3%;④在底栖动物完整性指数(B-IBI)方面,环境DNA方法与形态学方法的计算结果显著相关(R²=0.235,P<0.0001),94%的点位的B-IBI等级划分误差在1级以内,且两种方法的计算结果在底栖动物完整性的流域空间格局描绘上高度重合。综上所述,环境DNA宏条形码技术在太湖流域底栖动物群落监测和评价中的整体应用结果表明,环境DNA监测方法结果可靠,将其进一步规模化应用有望显著提高我国水生态系统生物监测结果的准确性和生态健康评价的技术水平。     

大庆库里泡浮游植物群落时空变化及其与环境因子的相关性

库里泡是黑龙江省大庆市重要的排污、泄洪湖库之一。近年来,由于大庆市生活及工业污水排放总量逐年增加,库里泡水体质量有所下降。为掌握库里泡浮游植物群落结构特征及水环境状况,于2019年春、夏、秋3季在库里泡共设置了13个采样点,对浮游植物群落及其与水环境变量的相关关系进行了研究。利用群落相似性分析(ANOSIM)检验浮游植物群落的组间及组内差异;采用相似性百分比(SIMPER)分析辨别对群落时空格局有显著影响的物种;通过冗余分析(RDA)确认环境变量及浮游植物优势种的生态分布特征,并对主要影响因子进行辨别。结果显示:研究期间共鉴定出浮游植物106种,隶属于6门8纲13目23科49属。库里泡的浮游植物群落组成为绿藻-硅藻型,而蓝藻、隐藻、甲藻、裸藻种类相对较少,占比仅为25%。其中,优势种有15种,主要为狭形纤维藻(Ankistrodesmus angustus)、四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)和梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)等。ANOSIM和SIMPER分析结果表明,季节差异和生境差异对库里泡浮游植物群落结构的构建具有一定的驱动作用。RDA结果表明,影响库里泡浮游植物群落时空格局的主要环境变量为水温、总磷和总氮。营养状态指数评价结果显示,库里泡水质为中度富营养。经与近10年间的库里泡相关研究对比发现,库里泡水体浮游植物群落结构较为稳定,浮游植物优势类群略有改变。     

Molecular approaches to microbiological monitoring: fecal source detection

Molecular methods are useful both to monitor natural communities of bacteria, and to track specific bacterial markers in complex environments. Length-heterogeneity polymerase chain reaction (LH-PCR) and terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) of 16S rDNAs discriminate among 16S rRNA genes based on length polymorphisms of their PCR products. With these methods, we developed an alternative indicator that distinguishes the source of fecal pollution in water. We amplify 16S rRNA gene fragments from the fecal anaerobic genus Bacteroides with specific primers. Because Bacteroides normally resides in gut habitats, its presence in water indicates fecal pollution. Molecular detection circumvents the complexities of growing anaerobic bacteria. We identified Bacteroides LH-PCR and T-RFLP ribosomal DNA markers unique to either ruminant or human feces. The same unique fecal markers were recovered from polluted natural waters. We cloned and sequenced the unique markers; marker sequences were used to design specific PCR primers that reliably distinguish human from ruminant sources of fecal contamination. Primers for more species are under development. This approach is more sensitive than fecal coliform assays, is comparable in complexity to standard food safety and public health diagnostic tests, and lends itself to automation and high-throughput. Thus molecular genetic markers for fecal anaerobic bacteria hold promise for monitoring bacterial pollution and water quality.     

太湖浮游植物种类组成时空变化规律

从2010年的3月到2010年的10月,通过春、夏、秋3个季度的采样,对太湖东部的浮游植物种类组成及其变化进行渊查,发现浮游植物92属279种,太湖东部五个采样点位的浮游植物常见种季节变化明显,而各湖区浮游植物种类绀成空间变化较小。通过对太湖东部浮游植物种类组成的时空变化的规律的初步探索,为预警监测及水环境保护提供技术支持。     

Evaluation of anthropogenic effects on water quality and bacterial diversity in Rawal Lake,Islamabad

Water quality and bacterial diversity in the surface water of Rawal Lake was investigated for a period of 8 months to evaluate the pollution load from anthropogenic effects of surrounding areas. Rawal Lake in Islamabad, Pakistan is an artificial reservoir that provides the water needs for the residents of Rawalpindi and Islamabad. Grabbed water samples were collected according to standard protocols from ten different locations of the lake and tributaries keeping in view the recharge points from adjacent areas. Temperature, pH, electrical conductivity, dissolved oxygen, total dissolved solids, hardness, alkalinity, and turbidity of water samples were determined to study the water quality characteristics. The physicochemical parameters showed higher values at the tributaries as compared to the sampling locations within the lake such as values of hardness and alkalinity were 298 and 244 mg/L, respectively, at the tributary of the Nurpur stream. Bacterial strains were isolated by streaking on differential and selective growth media by observing colony morphology and other biochemical tests such as Gram reaction, oxidase, and catalase test. Template DNA was prepared from pure cultivated bacteria and 16S rRNA gene analysis was performed using universal primers for bacteria. Sequencing was performed by using BigDye terminator cycle sequencing kit. Sequences of nearest relative microbial species were identified by using basic local alignment search tool and used as reference sequences for phylogenetic analysis. Phylogenetic trees were inferred using the neighbor-joining method. Sequencing and phylogenetic characterization of microbes showed various phylotypes, of which Firmicutes, Teobacteria, and Proteobacteria were predominant.     

刘家峡水库藻类群落特征与水质的关系

2009年—2010年,研究了刘家峡水库的藻类群落特征。共鉴定出8门11纲 16目33科55 属114种藻。丰水期优势类群是金藻门（占27%）,次优势类群是硅藻门（21.5%）;枯水期优势类群是硅藻门,占总数34%（羽纹纲占33%）,次优势类群是金藻门（18%）。对刘家峡水库水质初步评价结果显示：水库上游水质较清洁（1#—2#站点）,中下游为轻度—偏中度污染（3#—4#站点）,下游为中度—偏重度污染（5#—6#站点）。对藻类群落特征与6项水环境因子的Pearsong相关性分析表明,枯水期影响藻类群落特征的环境因子依次是DO﹥TN﹥pH值﹥T﹥Mcb(粪大肠杆菌);丰水期则是DO﹥Mcb﹥pH值﹥TN。     

Effect of diel period and season on seining effort required to detect changes in Lake Erie beach fish assemblages

Using beach seining data from Lake Erie beaches, we examined the effect of diel period and season on two common study objectives considered sensitive to sampling effort: (1) has fish assemblage composition changed between two sampling time periods?, and (2) how many samples are necessary to provide a representative sample of the fish assemblage? Across a range of effect sizes and power levels, sample sizes were estimated for species richness, total fish abundance, round goby (Neogobius melanostomus) abundance and emerald shiner (Notropis atherinoides) abundance. For most sampling periods and effect sizes, several hundred to several thousand seine hauls were estimated to be required for detecting large-scale (e.g. basin-wide) changes in round goby and emerald shiner abundance. Depending on the indicator of interest, night seining (either spring or fall) was interpreted as the most efficient approach. For both seasons, sampling effort beyond 40 to 50 night seine hauls results in few additional species being detected. Both species accumulation curves and estimated sample sizes indicate that less effort is required to detect species richness changes than fish abundance. For most effect sizes and power levels, estimates of the number of seine hauls required to detect changes in fish abundance are unrealistically large for most monitoring programs. More practical monitoring strategies could be achieved by adopting alternative indicators (e.g. guilds), a more liberal significance level (p=0.1), a paired-site sampling design, or including reference sites.     

基于鱼类生物完整性指数的上海苏州河水生态系统健康评价

苏州河横贯上海中心城区，曾是都市污染河流。为从生态学角度揭示苏州河的污染程度，笔者采用鱼类生物完整性指数（F-IBI）评价了苏州河水生态系统的健康状况。分别于2019年6月4—23日（夏季）和9月14—26日（秋季），租用专业渔船在苏州河13个断面采集样本，共采集到10 102尾鱼类，隶属于8目15科37属45种。以大莲湖为参照点，通过判别分析和关联度筛选，从5大类29个初选指标中筛选出10个指标，构建了苏州河F-IBI评价指标体系。分析结果表明：夏季干流上游的5个断面状况为"极好"或"好"，支流3个断面为"好"或"一般"，而干流下游的5个断面则为"差"或"极差"。秋季干流上游5个断面和支流3个断面与夏季的健康状况相似，下游断面则有所改善，仅武宁路桥为"极差"，其余均为"一般"或"差"。研究显示苏州河上游干流的水生态系统已基本恢复，而上游支流和下游干流还未建立健康稳定的水生态系统。建议苏州河环境综合整治第四期工程要更加注重治理岸上的污染源，同步实施干支流水系的污染治理，定期开展城区段淤泥清理，实施岸线的生态化改造。