生物多樣性研究：

Thomsen等[6]從丹麥的一個海洋生態系統中采集海水，利用環境DNA metabarcoding技術研究海洋魚類生物多樣性。在獲得的環境DNA中發現了15種不同的魚類，其中包括一些用傳統監測方法很難發現的稀有物種。同時與9種傳統的海洋魚類調查方法比較，環境DNA檢測出的魚類多樣性與其他傳統方法相當，甚至優于傳統方法。Thomsen等[10]研究表明從湖泊、池塘和河流的少量水樣中直接獲得DNA，可以檢測并定量分析研究區域內及瀕危淡水動物(兩棲類、魚類、哺乳類、昆蟲類和甲殼類)多樣性。同時表明通過池塘水中分離的DNA，利用第二代測序技術可以檢測到研究區域內兩棲類和魚類群體，環境DNA可以作為監測瀕危物種的工具，應用于更廣泛的物種監測中。

應用環境DNA metabarcoding技術不僅可以針對當前的生物多樣性進行有效的評估，也可以對過去的動植物群落的多樣性進行評估[11, 45]。Epp等[11]通過對過去和現在的環境DNA進行metabarcoding研究，所有目標類群都能通過metabarcoding的方法檢測出來，但是類群之間和不同年代的環境樣品所檢測的結果存在較大變異范圍。

目前國內在應用環境DNA metabarcoding技術研究生物多樣性的報道還比較少。

外來入侵物種監測：

目前外來入侵物種的情況日趨嚴重。當外來物種入侵時，入侵物種很有可能破壞原本的生態平衡，使生態系統不完善，從而對本地物種的種類和數量產生影響[24]。但是在早期入侵階段外來入侵物種通常數量不多，使用傳統的檢測方法耗時且效率不高，難度高，不能及時被發現。這會導致外來入侵物種對本地生態平衡的危害達到最高值時才受到重視，為時已晚。環境DNA metabarcoding增強了對入侵物種早期監測的可能性，可以有效地遏制物種入侵。

研究發現利用環境DNA metabarcoding可以從淡水中提取環境DNA，檢測出外來入侵物種的存在。Ficetola等[24]最早將環境DNA metabarcoding應用于物種監測，他們使用特異性引物擴增短線粒體DNA序列追蹤在受控環境和自然環境中一種入侵牛蛙(Rana catesbeiana)的存在，發現對環境中低密度的物種，使用metabarcoding技術仍然可以進行快速有效的物種檢測。這是結合大規模測序和DNA條形碼技術的發展來進行物種識別，為利用環境DNA監測外來物種提供了新方法和新思路。Jerde等[26]利用環境DNA研究美國芝加哥地區河流中的兩種入侵亞洲鯉科魚(Hypophthalmichthys molitrix和H.nobilis)，發現使用傳統電氣捕魚法檢測到一條魚需要93人d的努力，而環境DNA metabarcoding方法檢測到目標物種只需要0.174人d。在亞洲鯉科魚種群密度很低的區域，只有環境DNA方法能夠檢測到這兩種魚[5]。可見，環境DNA metabarcoding方法不僅在時間和資金成本上優于傳統監測方法，而且可以在種群密度很低的環境樣本中靈敏地檢測到入侵物種的存在。Piaggio等[23]捕獲入侵佛羅里達州的半水棲物種緬甸巨蟒(Python bivittatus)，放置于90L的水箱中評估水中環境DNA的降解速率，結果表明緬甸巨蟒的DNA在96h以內都可以檢測到。在佛羅里達州6個野外地點采集的水樣中，有5個地點的緬甸巨蟒環境DNA為陽性，這與緬甸巨蟒的野外分布結果一致。Takahara等[7]使用環境DNA方法采集日本海岸以及周圍島嶼的70個水樣對一種入侵藍腮太陽魚(Lepomis macrochirus)進行檢測。利用藍腮太陽魚的特異性引物(100bp的Cyt b片段)擴增水環境DNA，結果表明70個池塘中有19個池塘遭受藍腮太陽魚的入侵。盡管魚的大小、習性等因素對實驗結果有一定影響，但使用環境DNA metabacoding提高了監測入侵物種的準確度。

稀有物種保護：

通過水體中的環境DNA可以有效檢測水生脊椎動物，并且已在濕地和大型河流研究中得到證實^[26]。利用環境DNA檢測河流中的稀有物種和隱秘物種可以增加調查結果準確性，減少調查成本。Goldberg等^[8]利用metabarcoding技術，通過收集快速流動的水體環境DNA樣本，對尾突角蟾(Ascaphus montanus)和愛達荷陸巨螈(Dicamptodon aterrimus)兩種物種進行監測。設計特異性引物尾突角蟾和愛達荷陸巨螈的線粒體Cyt b區域的85bp和78bp片段，在5個不同物種密度的水樣中均成功進行了PCR擴增并靈敏地檢測到了目標物種的存在。該研究還發現早春季節比早秋季節更難以檢測到兩棲類物種存在，推測可能是由于早春比早秋溫度更低，降低了生物代謝速率而導致。Foote等^[28]從海水中分離DNA，使用特異性引物擴增線粒體DNA區域60—80bp的片段檢測水體中是否存在港灣鼠海豚(Phocoena phocoena)，對控制條件下和自然條件下該物種進行遺傳監測。在一個樣地中檢測到長肢領航鯨(Globicephala melas)，而該物種極少在研究海域被發現，結果表明環境DNA的方法可用于檢測稀有物種。Wilcox等^[27]利用環境DNA結合定量PCR檢測了河流中的兩個稀有物種，美洲紅點鮭(Salvelinus fontinalis)和強壯紅點鮭(S.confluentus)，同時發現定量PCR(qPCR)比傳統PCR更加靈敏，檢測概率更高。Rees等^[25]利用環境DNA和傳統的實地調查方法開展對英國保護物種冠北螈(Triturus cristatus)的監測，野外調查發現有冠北螈分布的地點中，采集的水樣DNA中成功檢測出冠北螈的概率為84%。使用環境DNA方法監測物種，對物種及其生存環境不會造成損害。隨著測序成本的下降，環境DNA與metabarcoding技術結合應用在許多情況下甚至優于一些傳統監測方法，成為物種監測方法的又一選擇^[4]。

一些補充說明：

使用環境DNA監測水生生物時，必須保證能獲得該環境的完整樣品并能進行很好的保存^[27]。水體的溫度和光照情況^[53-54]，水體的流速^[55]，物種密度和在環境中的停留時間^[54]，生物體的發育階段^[55]等均會對環境中所取的DNA的量造成影響。Maruyama等^[56]對水體中DNA的半衰期進行了研究和計算，發現魚類離開此水體后環境DNA的半衰期是6.3h，但對環境DNA降解速率及其影響因素，環境DNA在環境中存在時間的長短等問題仍缺乏充分的了解。

在采集溪流水樣時，由于許多溪流水來自于地下水，所以接觸到目標生物脫落DNA的可能性較低。此外，由于溪流水水位淺而且是充分混合的，因此脫落的DNA被光降解的可能性更大，導致在溪流中檢測到的目標物種密度會比較低^[27]。使用環境DNA metabarcoding技術對淡水中的物種進行檢測已被證實快速有效。淡水中水流較平和且流量小，所以準確度高。與淡水相比，海洋生態系統中有單位體積中的生物量比例更大，海流和波浪的影響作用，以及鹽度對保存和提取環境DNA的影響都需要加以考慮。這些因素可能意味著海水中的環境DNA不太集中，且分散更迅速，提取DNA時比較困難，導致在海水中使用時只能針對一小片區域，并且對外來入侵物種的檢測效率不高。因此在海水中的使用還需要進一步的研究與完善^[28]。

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