李云翱1,2, 张文富1, 赵桂刚3,4, 杨春燕3,4, 陈向清6, 袁盛东1,5, 曹敏1, 蔡望1*, 杨洁1,5
Yunao Li1,2, Wenfu Zhang1, Guigang Zhao3,4, Chunyan Yang3,4, Xiangqing Chen6, Shengdong Yuan1,5, Min Cao1, Wang Cai1*, Jie Yang1,5
1 Yunnan Key Laboratory of Forest Ecosystem Stability and Global Change, Xishuangbanna Tropical Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Mengla, Yunnan 666303, China
2 School of Ecology and Environmental Sciences, Yunnan University, Kunming 650500, China
3 The Genome Center of Biodiversity, Kunming Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650201, China
4 Yunnan Key Laboratory of Biodiversity Information, Kunming Institute of Zoology, Chinese Academy of Science, Kunming 650223, China
5 National Forest Ecosystem Research Station at Xishuangbanna, Mengla, Yunnan 666303, China
6 Mengla Institute of Conservation, Xishuangbanna Administration of Nature Reserves, Xishuangbanna, Yunnan 666300, China
摘要: 环境DNA (eDNA)技术为生物多样性保护提供了一种无损伤的监测方法。近年来的研究表明, 从空气中收集eDNA可用于监测森林生态系统中的野生动物。相比其他的eDNA调查方法, 该技术在采样地点选择上具备更高的灵活性, 特别适用于缺乏水体等环境介质的调查区域。因此, 空气环境DNA在森林生态系统生物多样性监测领域具有广阔的应用潜力。本研究旨在评估空气环境DNA在监测热带雨林陆生脊椎动物多样性方面的有效性。研究地点位于中国西双版纳20 ha森林动态监测样地, 研究采用空气环境DNA技术对样地内的陆生脊椎动物多样性展开调查, 并将结果与红外相机监测数据进行对比分析。实验共设置20台空气环境DNA采样器, 在2023年11月的6天内完成了3次采样, 每次采样持续24 h。采集的样本经12SV05引物扩增12S rRNA基因片段, 并在Illumina NovaSeq 6000平台上进行高通量测序。随后对获得的序列数据进行物种注释, 并评估空气环境DNA与红外相机在物种检测效率上的差异。研究结果表明, 3次的空气环境DNA采样实验共检测到66个可注释到鸟类、哺乳类、爬行类和两栖类的可操作性分类单元(operational taxonomic units, OTUs); 放置于相同位点的20台红外相机, 在总计5,682个有效相机日的监测中, 检测到15种哺乳动物和15种鸟类。分析表明, 相较于红外相机, 空气环境DNA在物种多样性检测方面具有更高的效率。此外, 通过评估α多样性增长曲线发现, 当空气环境DNA样本量达到10个时, 多样性曲线趋于平台期; 在当前实验环境下3天内采集10个样本可实现物种多样性的最大化检测。综上所述, 本研究表明空气环境DNA是热带雨林陆生脊椎动物多样性监测的有效工具, 并能在短时间内实现一定的物种覆盖。相较于红外相机, 该方法在快速生物多样性调查方面展现出更大的优势。尽管空气环境DNA技术仍处于发展阶段, 其在特定环境条件下的稳定性及检测精度仍需进一步优化, 但随着技术的进步, 空气环境DNA有望成为跨营养级、多物种生物多样性监测的重要工具, 并为中国大规模标准化的生物多样性监测网络提供科学支撑。