川金丝猴湖北亚种(Rhinopithecus roxellana hubeiensis)是种群数量最少的川金丝猴(R.roxellana)亚种,评估其食物组成及季节变化有助于了解其觅食策略和同域分布物种间的竞争关系,对物种保护及栖息地恢复等具有重要意义.分别于2023年冬季(2月)、春季(5月)和秋季(10月)在神农架国家公园采集金丝猴新鲜粪便样品,利用DNA宏条形码技术分析了粪便中的食源植物及其季节变化.研究共鉴别出127种金丝猴食源植物,分属于110个属62个科,科水平上相对序列丰度最高的为蔷薇科(Rosaceae),属水平上相对序列丰度最高的为花楸属(Sorbus),种水平上相对序列丰度最高的是地海椒(Archiphysalis sinensis).在不同季节食物组成中,冬季有56种,春季有76种,秋季有70种,其中春季偏好的食物为花楸属植物(Sorbus sp.)(27.34％)植物和藤山柳(Clematoclethra scandens)(16.56％);秋季偏好的食物为委陵菜(Potentilla chinensis)(22.12％)和花楸属植物(16.52％);冬季偏好的食物为地海椒(33.49％)和花楸属植物(28.13％).,3个季节的共有食物有20种,冬季的特有食物有16种,春季有29种,秋季有27种.冬季特有食物有地海椒等,春季特有食物有菱叶茴芹(Pimpinella rhomboidea)等,秋季特有食物有构树(Broussonetia papyrifera)等.春季和秋季之间的重叠食物种类最多有35种,春季和冬季的重叠食物种类有32种而冬季和秋季重叠食物种类最少仅有28种.不同季节食物多样性指数存在差异,冬季食物多样性指数最低,秋季较高,春季最高.食物多样性的季节变化与神农架植被物候特性一致.研究结果揭示了神农架川金丝猴的食物组成和季节变化,以及DNA条形码技术在食性研究中的优势和存在的问题,为川金丝猴的种群繁育和保护管理等提供了重要参考价值.

鄱阳湖是IUCN极危鸟类白鹤(Leucogeranus leucogeranus)极为重要的越冬地.以前白鹤在鄱阳湖主要以沉水植物苦草(Vallisneria spp.)冬芽为食.课题组前期研究表明,近年来鄱阳湖苦草冬芽锐减导致白鹤的食物组成发生了变化,稻谷(Oryza sativa)、莲藕(Nelumbo nucifera)、蓼子草(Persicaria criopolitana)等已成为白鹤的主要食物.由于鄱阳湖食物资源丰富度存在较大的年内波动,白鹤的食物组成也可能随之变化,目前对于白鹤的食物组成随越冬期的变化情况尚不清楚.为此,基于2020/2021和2021/2022年越冬季采集的45份白鹤粪便样品,采用DNA宏条形码方法,对越冬期不同阶段白鹤的食物组成进行了分析,并对白鹤的生境利用情况进行了调查.结果表明,越冬期不同阶段白鹤的食物组成存在较大差异,在越冬前期(10月-11月),白鹤主要以莲藕((47.93±45.15)％SD)和蓼属(Persicaria;(47.63±43.43)％)为食;在越冬中期(12月-翌年1月),白鹤主要以蓼属((49.22±33.83)％)、莲藕((26.20±32.58)％)和水稻((19.08±35.18)％)为食;在越冬后期(翌年2月-3月),白鹤主要以蓼子草((23.94±16.75)％)、水稻((20.82±17.09)％)、莲藕((19.08±37.42)％)和禾本科((13.07±15.18)％)为食.NMDS和ANOSIM分析结果表明越冬期不同阶段的食物组成存在显著差异.白鹤的食性生态位宽度在越冬后期最宽(4.72±0.78),在越冬前期最窄(1.18±0.04).白鹤食物组成的变化与生境利用的变化趋势基本一致.白鹤在越冬前期主要利用藕塘,在越冬中期主要利用稻田和藕塘,在越冬后期对自然湿地的利用程度增加.越冬期不同阶段食物资源丰富度的变化可能导致了白鹤食物组成的变化.本研究有助于深入解析白鹤的食物组成及其影响因素,为白鹤保护政策的制定提供科学依据.

水生态系统是保障国家生态安全的重要基础.水生生物在水生态系统中扮演着核心角色,是研究水体演变的重要依据,是维护水生态健康的关键.传统水生生物调查和监测通常采用形态学方法,但其存在专业知识要求高、难以标准化和自动化及费时耗力等缺陷.环境DNA(Environmental DNA,简称eDNA)技术是一种通过监测环境中存在的DNA片段来识别特定生物物种的方法,可以实现基于水体中DNA分子进行水生生物的鉴定和监测,为水生生物的常态化监测提供了一个准确、便捷、可标准化和自动化实施的方案.文章介绍了 eDNA技术的基本原理,总结回顾了 eDNA技术从萌芽到广泛科研应用的发展历史和过程,介绍了基于eDNA的宏条形码和宏基因组等各类水生生物鉴定监测技术;阐述了eDNA技术在保护种、入侵种及生物类群监测和水生态评估等各领域的应用;分析了eDNA技术当前面临的物种参考序列数据库不完善等各类挑战;提出了通过优化完善数据库、样品采集方法、评价指标和参数、样品保藏、数据分析和存储等来推动eDNA技术标准化和自动化,以解决当前面临的挑战.同时,基于eDNA技术当前的发展阶段,提出了在我国水体结合专业形态分类鉴定开展水生生物eDNA技术标准化监测的实施建议.

中药鉴定是保证中药有效性和安全性的重要一环.DNA条形码技术让中药鉴定摆脱了经验依赖,弥补了传统化学方法和形态学方法鉴定中药材的不足,然而对于在炮制或加工过程中DNA降解的药材和复杂样品方面鉴定能力有限.中药DNA条形码鉴定技术近年来发展迅速,DNA微型条形码的出现,不仅可用于鉴定DNA发生严重降解的实验材料,在很大程度上弥补了传统条形码的短板,还可作为候选条形码,与标准条形码组合,共同鉴定混合中药材样本.此外,DNA宏条形码技术通过将DNA条形码与高通量测序技术相结合,以实现组合样本中多个物种的检测,是目前混合中药材鉴定方面最有效的分子鉴定方法.该文通过对近年来DNA微型条形码、DNA宏条形码在有关中药物种及中药共存微生物组成鉴定的研究进行梳理总结,以明晰该领域研究现状,并展望未来发展,为中药分子鉴定研究提供参考.

两栖动物是我国受威胁程度最高的动物类群,加强两栖动物资源调查和多样性监测,是开展两栖动物保护和濒危物种拯救行动的关键性基础工作.传统的两栖动物监测主要以形态学和声学为基础,耗时费力,且难以发现一些隐蔽性较强的稀有物种.基于环境DNA(environmental DNA,eDNA)的调查方法以其快速、灵敏、高效、无创等独特优势,为两栖动物多样性监测及保护提供了新的工具.综述了eDNA在两栖动物多样性监测、外来入侵和珍稀濒危物种调查、物种丰度或生物量估测等研究领域的应用进展,分析了两栖动物eDNA产生、扩散、迁移和降解的动态变化特征及其关键影响因子,探讨了eDNA应用于两栖动物监测研究的局限性并提出了优化建议,同时对未来的研究方向进行了展望,以充分挖掘eDNA在两栖动物监测中的应用潜力,为两栖动物多样性保护和管理提供新的思路.

鸟类在全球广泛分布,不同鸟类物种利用的食物类群存在很大差异,而食性研究是动物营养学和生态学领域的重要研究内容.本文对一些传统鸟类食性鉴别方式及其不足进行回顾,传统鸟类食性鉴别方式包含扎颈法、剖胃法、粪便收集法、相机记录法等.随着测序技术的高速发展,DNA宏条形码技术出现,并广泛应用于动物食性研究.近些年来,该技术也被应用于鸟类食性研究中.本文综述了DNA条形码和DNA宏条形码的操作原理和条件,对鸟类食性研究中的DNA条形码与引物的选择做了详细介绍.对比传统鉴别方法,DNA宏条形码技术降低了物种鉴定难度,减少了人为影响因素,提高了目标样本中物种的鉴定效率,能对粪便、胃容物等混合或不成型样本进行分析.另一方面,在扩增多物种混合的DNA样品中的目标片段时,可能出现偏离,造成结果的不确定性,并且难以根据结果得出较准确各食物组分的比例.未来在使用宏条形码技术对鸟类食性的分析中,可结合其他方法改善对食物的量化以及食物属性的判断.

研究利用扫描电镜和HE染色技术来观察青海湖裸鲤(Gymnocypris przewalskii)的肠道显微结构,并通过DNA宏条形码技术,对其食性特点进行分析.研究结果表明,青海湖裸鲤前、中、后肠的组织结构层次清晰且差异明显,从内向外依次由黏膜层、黏膜下层、肌层和浆膜层四层组成,因缺乏黏膜肌,光镜下仅有三层膜结构清晰可见,从前肠至后肠肠腔逐渐减小,黏膜皱褶高度显著降低(P＜0.05),宽度显著增加(P＜0.05),杯状细胞、分泌孔及分泌物颗粒的数量也相对减少;18S rDNA和rbcL基因DNA宏条形码测序分析结果显示:青海湖裸鲤肠道内容物测序获得51656个OTU,剔除鱼类自身序列、细菌、古菌及真菌的序列后共39031个OTU注释为43门、114纲、282目和435科.在门水平上主要以链型植物门(53.73％)、硅藻门(23.19％)、p_unclassified_d_Eukaryota(11.14％)、丝足虫门(6.67％)、p_unclassified(1.93％)和轮虫动物门(0.67％)为主,纲水平上,主要以真藓纲(35.79％)、硅藻纲(23.05％)、双子叶植物纲(18.03％)和金藻纲(3.36％)为主.由此可见青海湖裸鲤主要食物组成为真藓类、硅藻类、双子叶植物类、金藻类、丝足虫类、轮虫类及未确定分类的物种.综上所述,青海湖裸鲤的肠道组织结构具有特异性和杂食性鱼类肠道结构的共性,且DNA宏条形码食性分析结果也证实青海湖裸鲤属于杂食性鱼类,其中还有许多未知种类的食物.研究阐明了青海湖裸鲤肠道结构和食性的特点,为青海湖裸鲤的人工繁育和进一步保护提供了基础的科学依据.

水文连通对于维护滨海湿地生物多样性至关重要,鱼类多样性作为生物多样性的重要组成部分,了解其对不同水文连通强度的响应具有重要意义.本研究基于环境DNA宏条形码技术(eDNA metabarcoding)检测黄河三角洲典型潮沟系统鱼类多样性,分析鱼类物种分布对不同水文连通强度潮沟生境差异的响应特征.利用12SrRNA经典鱼类引物对采集自三级潮沟系统的水样进行高通量测序,共检测出鱼类55种,其中本地鱼类27种、非本地鱼类28种,物种组成以鲈形目为主.各样点序列丰度均较高的鱼类有矛尾刺虾虎鱼(Acanthogobius hasta)、鮻(Planiliza haematocheilus)、长体刺虾虎鱼(Acanthogobius elongatus)等.鱼类多样性在不同水文连通性潮沟间差异明显,其中,二级潮沟群落多样性水平、丰富度指数、物种种类及各种鱼类类群中的个体均匀程度等都明显高于其他两级潮沟.RDA分析显示有6种环境因子与鱼类群落结构显著相关(P＜0.05),分别为:硅酸盐(SiO32--Si)、硝酸盐(NO3--N)、酸碱度(pH值)、盐度(SAL)、铵盐(NH4+-N)、溶解氧(DO).其中,优势种矛尾刺虾虎鱼的序列丰度与硅酸盐呈正相关,鮻的序列丰度与盐度呈负相关.本研究通过与传统采样数据进行比较,证实了环境DNA宏条形码技术用于监测黄河口典型潮沟水体中鱼类多样性的可行性,表明潮沟系统水文连通性对鱼类群落结构及多样性均具有明显的影响,研究结果有助于进一步了解滨海湿地水文连通对生物群落的影响机制.

欧亚水獭(Lutra lutra)是淡水生态系统重要的指示种和旗舰种,然而在人为干扰和环境变化的背景下,中国欧亚水獭种群数量大幅下降,部分地区已局部灭绝.目前欧亚水獭主要分布于我国东北地区和西南地区,其中大兴安岭是维持东北地区水獭种群稳定的关键区域.了解欧亚水獭的食性组成有利于理解其种间关系与生态系统功能,对评估其生存状况、开展保护工作具有重要意义.本研究在大兴安岭北部共采集疑似欧亚水獭粪便样品50份,使用DNA条形码技术对样品进行物种来源鉴定,结果显示其中35份为欧亚水獭粪便.利用DNA宏条形码技术分析粪便中的物种组成,共得到15种鱼类、2种蛙类、5种昆虫共计22种不同的物种类别.所有脊椎动物食物类别中,杂色杜父鱼(Cottus poecilopus)的相对出现频率和相对序列丰度均最高,分别为19.35％和27.32％,其次为黑龙江林蛙(Rana amurensis),分别为15.48％和21.73％;科水平上,杜父鱼科的相对出现频率和相对序列丰度均显著高于其他鱼类,分别为32.26％和45.72％.结果表明,大兴安岭北部欧亚水獭冬季主要捕食鱼类,其次为蛙类,其中鱼类主要以杜父鱼科为主;此外还在少量水獭粪便中发现有蜻蜓目、襀翅目、毛翅目等水生昆虫,可能来自水獭猎物.本研究结果可为了解水獭种群生存状况、制定相关政策、开展保护工作提供重要参考依据.

传粉者是重要的生态功能提供者,在维持稳定的生态系统和高效的农业生产力中发挥着重要作用.因此,传粉网络的构建和监测工作对评价生态系统平衡和调控农业生产至关重要.该工作的基础就是通过对传粉者及植物的物种鉴定构建其相关性.传统的形态学物种鉴定对分类学专家的专业知识、时间和经验都提出较高的要求.DNA条形码和高通量测序技术(high-throughput sequencing,HTS)的发展及其在传粉网络研究中的应用,提供了高效、准确鉴定传粉者与植物的方法,大大提高了传粉网络构建的效率.本文阐述了传粉网络研究相关的研究方法和技术进展,并提出利用高通量测序技术结合无PCR扩增(PCR-free)的“超级条形码”技术,有望实现以更高的灵敏度和分辨率对混合物种样品进行定性及相对定量的监测.该方法的有效性已在其他生物多样性研究中得以验证,在传粉网络研究中虽处于初始阶段,但应用前景广阔.