【生物多樣性案例】 基于環境DNA監測海洋災害物種——以海月水母為例

近年來，我國沿海生態災害頻發，包括赤潮、綠潮、水母爆發和外來種入侵等，通常是由一種或多種海洋生物短時間數量增加引起。2009-2014年，河北秦皇島至遼寧綏中沿岸海域已連續６年發生赤潮。赤潮區域內的海水變得渾濁，呈現出黃綠色，水體的溶解氧含量處于較低水平，影響扇貝的餌料生物——硅藻和甲藻的生長，繼而導致養殖的扇貝出現生長停滯的狀況，對海水養殖業構成嚴重危害。而獨角裂孔苔蟲，薩氏膜孔苔蟲等外來物種，也影響了藻類、貝類的采苗和養成。

災害物種監測面臨著諸多挑戰，災害物種的爆發具有突發性和不可預見性，一旦爆發，迅速擴散，會給應急響應帶來巨大壓力。其次，由于海洋環境的復雜性，準確預測災害物種的發生時間和地點極為困難。此外，長期、大范圍的監測需要投入大量的人力、物力和財力，監測設備維護和數據處理分析的成本也相當高昂。因此，克服這些難點，進一步提高監測效率和準確性，是當前海洋災害物種管理亟待解決的問題。

圖1 海月水母屬（圖片來源于網絡）

水母的暴發造成海域內浮游生物的種類及數量發生變化，進而致使漁業資源衰退；同時還會影響沿海發電廠的正常運行。如2005年，瑞典某核電站因大量水母堵塞冷卻水系統而被迫關閉了三個核電機組中的一個。為及時獲取水母的生長分布狀況，近年來，已有研究者針對近海海域常見物種海月水母（Aurelia sp．）開發特異性引物，利用分子標記技術建立針對于水母檢測方法。2013年，王建艷等在水母線粒體基因的mt-16S rDNA和mt-COI基因區域設計引物。2023年，Saijun Peng等針對A. coerulea的線粒體COI基因開發了物種特異性的定量PCR檢測方法；并基于線粒體16S rDNA序列的eDNA宏條形碼技術鑒定了六種水母。

圖2 海月水母檢測流程

2024年5月至8月，揚子江中心生態健康平臺與合作團隊聯合開展海洋環境DNA生物多樣性調查。本項目在5月和8月共采集2個頻次樣品。為保證監測的準確性，每個點位采集5L水樣，3個平行樣本，使用三通道水環境過濾儀和一體化富集器進行過濾，過濾后加入eDNA Later常溫運輸至實驗室，利用環境DNA快速提取試劑盒（MT059）提取環境DNA，并采用海月水母屬的特異性引物進行PCR擴增、高通量測序，最后利用EcoView軟件進行自動化環境DNA數據分析，獲得每個樣本的海月水母物種組成和序列數。團隊結合形態學采樣與調查結果分析，在相關海域成功檢出海月水母的分布。

圖3 海月水母檢出情況

圖4 海洋環境DNA樣品采集

水母種群難于觀測，特別是浮浪幼蟲、螅狀體等微小個體的觀測更加困難，傳統方法需要借助顯微鏡進行觀察，鑒定過程耗時較長，且往往無法及時、全面捕捉群體的時空變化，尤其是對于短生命周期或快速移動的水母。eDNA技術通過檢測水體中的微量DNA，能夠快速、準確地確認水母的存在和種類分布，減少了對生物群體的直接干擾。本次調查結果可為合理制定海月水母的防控措施提供有效支撐。未來，我們將持續研究環境DNA技術在生態保護中的應用，為生態保護與管理事業提供支持。

操作流程可參考：

【生物多樣性案例】環境DNA技術發現潛在魚類產卵場（https://mp.weixin.qq.com/s/nMa3qJC_jbhxFvQzP2_bww）

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雷智銘：18259195318

撰稿：雷智銘

編輯：李安娜

審核：孫晶瑩

參考文獻：

[1] 王建艷,甄毓,王國善,等.基于mt-16SrDNA和mt-COI基因的海月水母分子生物學鑒定方法和檢測技術[J].應用生態學報, 2013, 24(3):6.DOI:CNKI:SUN:YYSB.0.2013-03-036.

[2] Peng S, Wang L, Ma Y, et al. Application of environmental DNA metabarcoding and quantitative PCR to detect blooming jellyfish in a temperate bay of northern China[J]. Ecology and Evolution, 2023, 13(11): e10669.