环境DNA是增长最快的生物监测工具，其特点是时间效率和灵敏度。但是环境DNA对于水产养殖的潜力到底有多大呢？

aDNA技术已成为渔业和水产养殖领域的先锋工具，为监测和管理水生生态系统提供了新方法。在本文中，我们将深入探讨环境DNA是什么、如何收集和分析环境DNA、环境DNA在生物多样性研究中的应用，以及环境DNA估计水产养殖池塘数量或识别潜在病原体的潜力。

什么是环境DNA？

环境DNA(eDNA)是指生物体释放到其环境中的遗传物质，例如水、土壤、空气甚至冰。这种DNA来自多种来源，包括皮肤细胞、粘液、粪便和其他生物材料。通过收集和分析eDNA，科学家无需物理捕获物种即可检测到物种的存在。

近年来，技术进步迅速，已成为物种检测、生态系统监测和环境影响评估的有力工具。与通常需要捕获个体的传统采样方法不同，环境DNA为研究野生动物提供了一种更符合道德且侵入性更小的方法。

环境DNA为何重要？

非侵入性监测：与需要捕获或标记动物的传统研究不同，环境DNA使科学家无需进行物理互动即可检测物种。研究报告称，迄今为止的aDNA方法“已经足够先进，可以研究鱼类群落的组成并取代更具侵入性的传统方法”。

高灵敏度：即使是微量的DNA也能揭示难以捉摸或稀有物种的存在。

广泛的应用：环境DNA用于生物多样性研究、保护生物学和法医生态学。在这方面，相关研究人员报告称，eDNA是检测大西洋和太平洋鲑鱼的存在以及了解对鱼类及其栖息地健康的威胁的有用工具。

时间和成本效率：与传统的实地研究相比，环境DNA分析更快，而且通常更便宜。

生物量估计：在水产养殖中，可以使用环境DNA来估计水产养殖池中的鱼的数量。

环境DNA采样的工作原理

环境DNA采样包括从自然环境（例如水或土壤）收集生物材料，并对其进行遗传标记分析。以下是该过程的逐步概述：

1.样本收集：科学家使用无菌技术从现场收集环境样本（例如水、沉积物或空气）。例如，强调了浮游生物网作为一种简单而强大的基于eDNA的工具的有效性，可用于检测水产养殖水样中的VHSV（病毒性出血性败血症病毒）。

2.过滤和DNA提取：对样本进行过滤以浓缩DNA，然后使用实验室协议提取。

3.PCR（聚合酶链式反应）或代谢条形码：扩增特定的DNA序列以检测目标物种。

4.测序和分析：使用下一代测序(NGS)或定量PCR对DNA进行测序，以识别样本中存在的物种。

5.数据解释：生物信息学工具将DNA序列与已知的基因数据库进行比较，以确定检测到的生物。

eDNA有可能彻底改变生物多样性的研究和监测。在这方面，研究人员引入了环境DNA完整性指数（eDI）来调整eDNA浓度，以估算鲤鱼生物量。eDI指数以长链DNA含量与短链DNA含量的比率计算。

eDNA的一些主要应用包括：

物种清单和分布图：eDNA可用于识别特定区域内存在的物种，即使它们是稀有或难以捉摸的。

入侵物种的早期检测：eDNA可用于在早期阶段检测入侵物种的存在，以便快速采取反应和控制措施。

监测种群趋势：eDNA可用于监测物种随时间变化的种群趋势。

评估栖息地质量：eDNA可用于评估栖息地质量并确定需要保护的区域。

检测濒危物种：eDNA可用于检测濒危物种，即使是在偏远或难以到达的地区。

环境DNA在水产养殖中的应用

人口估计

研究人员强调，eDNA浓度可以提供一种快速且廉价的方法来测量生物量和/或丰度，有助于评估鱼类种群。在这方面，研究人员发现环境DNA（eDNA）浓度与幼年奇努克鲑生物量之间存在正相关关系；然而，该研究还强调，使用qPCR作为独立方法来评估幼鲑鱼生物量可能只能用目前的方法进行半定量，并且需要额外的校准才能进行现场应用。

健康监测

根据相关研究人员的说法，eDNA监测可能会对鲑鱼产业生产商及其监管机构检测周围环境中病原体和其他生物威胁的存在和数量的能力产生重大影响。研究人员开发了一种新的qPCR 检测方法，专门用于检测鲑鱼寄生虫Lepeophtheirus salmonis的环境DNA（eDNA） ，该方法与ESP（环境样本处理器）兼容；该方法是一种简单、非侵入性且经济有效的替代方法，可用于在现场监测L.salmonis，并向农民快速通知潜在的感染情况，而不会引起鱼类福利问题。

而相关研究则报告称，eDNA工具的应用也有望及早发现可能对鱼类健康产生负面影响的新出现的病原体或入侵物种，并有可能促进快速反应和有效的缓解和管理策略。

在这方面，研究人员提出了一种环境DNA（eDNA）宏条形码方法，该方法采用了具有已建立数据库的沿海模型，展示了对多种沿海病原体监测的巨大潜力，并揭示了与集约化水产养殖相关的时空流行机制。

然而，研究人员警告说，在水产养殖场实施用于病原体监测和疾病研究的病毒DNA/RNA检测工具需要仔细考虑海水过滤方法的选择。

环境影响

环境DNA（aDNA）是检测水产养殖生态系统与底栖和远洋环境中物种之间相互作用的有力工具。在这方面，使用环境 DNA 宏条形码分析来确定银鲑（Oncorhynchus kisutch）养殖对志津川湾鱼类生物多样性的环境影响，并报道称环境DNA宏条形码表明水产养殖的存在或不存在可解释鱼类群落组成总变化的约10%，这种变化与水深和采样月份的变化相当。

而研究人员通过使用环境DNA，确定鲑鱼养殖场中的病原体对不列颠哥伦比亚省（BC）野生鲑鱼的保护构成了威胁。具体而言，三种病原体在不列颠哥伦比亚省养殖的大西洋鲑鱼中普遍存在，并传播给野生太平洋鲑鱼，与后者产生负面影响有关：鱼类正呼肠孤病毒、粘菌属和海虱（Lepeophtheirus salmonis）。

水产养殖场的生态系统服务

双壳类软体动物水产养殖场提供一系列环境服务。研究人员发现，视频录制和环境DNA (eDNA)宏条形码结合使用，可以提供一种全面的方法来描述难以采样的结构化牡蛎养殖和岩石栖息地中的鱼类群落。

研究人员利用环境DNA技术对东海枸杞岛贻贝养殖区及其周围的天然礁石中的55种鱼类进行了鉴定，研究人员报告说，贻贝养殖区的多样性明显高于天然礁石栖息地。

环境DNA的优势和局限性

环境DNA的优势

非侵入性——减少对野生动物的压力和伤害。

高度敏感：检测低密度的物种。

可扩展：可用于各种生态系统。

高效：与传统采样相比，节省时间和资源。

环境DNA的局限性

降解问题：DNA会随着时间的推移而降解，从而影响准确性。

污染风险：需要严格的实验室控制。

潮汐和洋流会影响aDNA的扩散。

存在感与……丰富度：检测物种的存在，但并不总是表明种群大小或生物特征数据（大小、年龄、性别）。

不完整的数据库：物种鉴定依赖于现有的遗传参考库。

尽管存在这些挑战，环境DNA采样协议和生物信息学的进步正在提高环境 DNA 研究的可靠性。

环境DNA研究和应用的未来

环境DNA研究的未来前景光明，其应用领域也将不断拓展。科学家正在开发：

实时环境DNA检测：用于现场基因分析的便携式设备。开发了EZ-eDNA系统，该设备围绕保护性聚合物盒设计，并使用模块化组件，可以使用不同的泵和过滤器配置以不同的方式部署。

环境DNA和人工智能：通过人工智能分析实现更快、更准确的物种识别。

基因组参考库：扩大数据库以实现更好的物种匹配。

随着技术的进步，用于生物多样性研究和监测的环境DNA将变得更加准确、易于获取和更具影响力。

结论

环境DNA (eDNA)通过提供一种强大、非侵入性且高效的生物多样性研究方法，彻底改变了环境科学。从追踪濒危物种到监测生态系统健康，eDNA正在塑造保护和生态的未来。

随着研究不断完善环境DNA采样协议并扩大其应用范围，eDNA将继续处于环境监测和物种保护的前沿。通过采用这项技术，科学家、政策制定者和环保主义者可以共同努力保护地球丰富的生物多样性。