基于eDNA技术对渤海中国对虾的定性与定量检测

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中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)是我国黄渤海海域重要的渔业资源之一,在人类活动的影响,资源衰退现象十分严重,野生资源几近枯竭。自上个世纪90年代末起,中国对虾的海洋捕捞产量几乎完全依赖于人工放流,但有关增殖放流效果评价方面的研究却尚未成熟。因此,准确地评价放流的效果是政府制定相关放流策略的根本前提。然而,由于中国对虾特殊生活史类型的原因,导致传统的渔业资源调查方法不能够正确地反映出中国对虾在渤海的时空分布与种群资源量动态变化情况,同时传统的渔业资源调查方法往往耗费大量的时间金钱,且结果不尽如人意。目前,环境DNA(environmental DNA,eDNA)技术已经被引入渔业生态之一研究领域之中。然而,由于物种之间的差异,其释放的eDNA量的多少与eDNA片段的大小各不相同,且不同物种释放的eDNA在水体中的存留时间不同。因此,要想准确地将eDNA技术应用于渤海中国对虾的资源调查,探究中国对虾释放的eDNA在水体中的存留时间与建立一套最适于中国对虾eDNA技术的操作流程至关重要。本研究以重要的经济物种中国对虾为研究对象,做了以下4个方面的研究:(1)应用实时荧光定量PCR定量分析了水环境中中国对虾释放的eDNA随时间的降解情况,基于赤池信息准则(Akaike Information Criterion,AIC)选择了最适于eDNA随时间降解的统计模型;(2)采取滤膜法富集eDNA,结合血液与组织DNA提取试剂盒提取eDNA,选取直径为47 mm的玻璃纤维膜、硝酸纤维膜、聚碳酸酯膜、尼龙膜共4四种材质的滤膜,每种滤膜根据其孔径大小设置0.45μm、0.8μm、1.2μm、5μm共4个梯度,取样水量设置500 mL、1 L、2 L三个梯度,建立了最适于中国对虾eDNA技术的操作流程;(3)按生物量大小设置了3个不同的中国对虾养殖密度梯度,分别为150尾/m~3、300尾/m~3、666尾/m~3,同时在2018年5月3日、5月21日、6月7日分别利用滤膜法富集eDNA,运用实时荧光定量PCR检测了中国对虾在不同生长时期其释放到环境中的DNA的量与生物量之间的关系;(4)基于2017年渤海6月54个站、8月60个站水样,用0.45μm的玻璃纤维滤膜结合真空过滤装置过滤2L海水进行eDNA富集,用DNeasy Blood and Tissue kit进行eDNA的提取;DNA提取完成后设计了中国对虾线粒体DNA COI基因的特异性引物与探针,应用实时荧光定量PCR对渤海海域的eDNA做了定性与定量分析,分别应用eDNA技术检测了中国对虾的时空分布,探究了eDNA拷贝数与拖网调查的中国对虾生物量之间的关系,验证了eDNA技术在海洋甲壳类动物研究中的适用性以及灵敏性。实验结果显示:(1)在eDNA的释放源头去除后,随着时间的推移,水体中中国对虾eDNA的拷贝数与时间呈负相关关系,且在水体中的存留时间为一个月左右。(2)滤膜的材料质地、滤膜的孔径大小及取样水体体积均对中国对虾的定性与定量分析具有一定的影响,其中0.45μm的玻璃纤维滤膜过滤2L水样能够检测到的DNA拷贝数最多,并依据此建立了一套中国对虾eDNA技术的操作流程。(3)中国对虾的生物量与其释放到水环境中的eDNA呈正相关关系,且在不同的生长时期其释放到水环境中的eDNA的量是不相同的。(4)6月取样的54个站水样都成功扩增出了中国对虾的mtDNA COI基因,检出率达100%,8月取样的60个站中只有23个站水样中能检测到中国对虾,检出率只有38%。将实时荧光定量PCR所得eDNA的拷贝数与底拖网调查的中国对虾资源密度进行拟合,二者之间并未出现显著的正相关。总而言之,eDNA技术目前作为渔业资源调查的一种辅助手段,可以被用来进行海洋生态系统中的物种定性检测方面的研究,但是在定量方面的研究由于一些不确定因素的干扰,还需要深究。通过本研究,旨在探索一种新的中国对虾资源调调查法,为合理利用对虾资源与制定科学的放流策略提供有力的科学依据。
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