2022年7月20日，北京大学生命科学学院和生态研究中心姚蒙研究组在Environmental Science & Technology在线发表题为“Comparative Evaluation of Common Materials as Passive Samplers of Environmental DNA”的研究论文。该研究通过室内控制实验和野外实验评估了12种不同类型的吸附材料和滤膜对环境DNA（eDNA）的捕获能力，并与常规的主动滤水方式进行比较。在室内实验中基于定量PCR（qPCR）分析发现，玻璃纤维滤膜（GF）捕获eDNA的能力优于其他材料，在72小时内捕获的eDNA量呈线性增加。在野外实验中，通过DNA宏条形码（metabarcoding）分析发现，GF采集器可以快速（0.5小时内）捕获湖泊中高达71%的鱼类物种的eDNA，并在8小时内检测到全部鱼类多样性。研究结果表明，与常规的主动过滤方法相比，GF采集器能够以相似或更高的效率被动捕获水中的eDNA，从而为便捷、高效地利用eDNA进行水生生物监测、病原物检测等提供了新的思路与手段。

室内控制实验（左）和野外实验（右）示意图

近年来，eDNA技术的迅速发展在生物监测领域产生了巨大影响。通过分析从生物体以皮肤、尿液、粪便和粘液等形式释放到周围环境中的DNA，eDNA方法避免了传统调查方法劳动密集型和损伤性的采样过程以及对形态分类学专业知识的高度依赖，可以对水生生物多样性进行非损伤性、精准、高效和经济的调查和评估。此外，eDNA方法与高通量测序和生信分析相结合，实现了对多类群、多物种的同时检测，提高了生物多样性监测的类群覆盖、调查范围和成本效益。

尽管eDNA方法在不断改进和优化，技术挑战仍然存在，eDNA采集是其中最重要的问题之一。目前，从水中获得eDNA最常用的方法是主动过滤法，即通过抽真空或加压等方式让水通过各种类型的滤膜。然而主动过滤法存在诸多局限：（1）转运、存储、过滤大量水样费时费力，eDNA在此过程中容易降解，导致生物多样性信息损失；（2）依赖于专门的仪器设备（如蠕动泵、真空泵）及电源，在偏远地区采样较为困难；（3）滤膜容易在过滤过程中堵塞，阻碍从浑浊水体获得eDNA，导致假阴性结果；（4）水样采集、运输、储存和过滤等处理过程，增加了交叉污染的机会；（5）采集水样只能提供瞬时的生物多样性信息，检测到的生物类群有限。

本研究评估的12种eDNA采集器吸附材料

因此，被动eDNA采集技术在未来有很大的应用前景。被动eDNA采集利用天然或人工材料来捕获水中的eDNA，不需要人为进行主动过滤。本研究为了筛选出高效的PEDS材料，评估了常见吸附材料对水中eDNA的捕获能力，包括6种吸附材料（活性炭粉末[PAC]、活性炭颗粒[GAC]、脱脂棉[CO]、大孔弱碱性丙烯酸阴离子交换树脂[AER]、羟基磷灰石[HA]和硅胶[SG]）和6种常用滤膜（玻璃纤维[GF]、硝酸纤维[CN]、混合醋酸纤维和硝酸纤维[MCE-0.45和MCE-1.2]、尼龙[NL]和聚碳酸酯膜[PC]）。

室内实验（A和B）与野外实验（C）结果：（A）12种材料经过72小时实验后吸附水中eDNA的定量检测效果；（B）3种候选材料吸附eDNA量随时间的变化；（C）野外实验中玻璃纤维膜eDNA采集器在不同时间处理下以及滤水1L检测到的鱼类种数。

通过实验室水箱实验，以两栖动物（大鲵）释放的eDNA作为检测对象，基于qPCR结果筛选出了对水中eDNA吸附效果最佳的GF采集器。随后通过野外实验，验证了GF采集器对未名湖鱼类多样性检测的有效性。

玻璃纤维膜eDNA采集器检测到的不同鱼类相对序列丰度(RRA)热图

研究组在北大未名湖安装eDNA采集器

该研究为被动eDNA采样的常见材料的有效性提供了强有力的证据，有助于更为方便、高效、经济、环保地使用eDNA方法进行生物多样性调查、濒危物种探测、入侵物种监测、病原检测等。

北京大学生命科学学院博士生陈晓宇为本论文的第一作者，姚蒙为论文的通讯作者。该研究得到了云南社会发展专项、启东创新基金、青藏二次科考项目、科技部基础资源调查项目等的资金支持。感谢所有参与和协助本项目实验及野外工作的老师和同学。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.2c02506