生命学院姚蒙课题组利用环境DNA方法揭示北京地区不同水体生境的原生和外来鱼类多样性分布特征

2022-02-24 09:02:48 来源：今日健康网作者：分享：

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　　这项研究较全面地覆盖了从城市中心到远郊区的静水和动水、自然和人工等不同水体类型，获得了北京城市生态系统中高精度的鱼类分布和组成数据，填补了世界城市精细空间尺度上鱼类多样性数据的空缺，为科学保护城市鱼类多样性及水生生态系统健康提供了关键信息。

2022年2月11日，北京大学生命科学学院和生态研究中心姚蒙课题组在Science Advances在线发表题为“Environmental DNA captures native and non-native fish community variations across the lentic and lotic systems of a megacity”的研究论文。该研究以全球排名第八的超大城市北京为研究区域，采用环境DNA（eDNA）方法对从市中心到远郊区的109个静水（湖泊型）和动水（河流型）水体展开鱼类调查，获得了迄今世界范围内最大的覆盖全城市化梯度的鱼类多样性数据集。课题组通过进一步分析，发现本地原生鱼和外来鱼类多样性对不同水体类型、水质理化指标及城市景观变量的响应模式呈现明显差异。这些结果对科学管理城市水生生态系统和保护本地物种具有重要指导意义，同时充分显示了eDNA方法应用于城市水生生物多样性监测的巨大潜力。

北京地区地表覆盖类型及本研究109个采样点分布

随着全球城市化范围的飞速扩张，城市生态系统已成为全球生物多样性保护的重要对象。目前对于城市生物多样性的研究多针对陆生生物类群，而对城市化对于水生生物尤其是鱼类的影响却知之甚少。鱼类是淡水生态系统中最主要的脊椎动物类群，对生态系统稳定和功能有极为重要的作用。对鱼类的调查传统上多使用网捕、笼捕、电鱼等方法，其具有损伤性，不宜在城市中大范围开展。近年来，迅速发展的eDNA技术利用生物释放到环境中的DNA进行物种检测，可以在不伤害研究对象或干扰生境的前提下获得生物多样性信息，对于研究面积较小、数量多、人为活动频繁的城市水体具有极大优势。

北京水体代表性采样点（A-E为静水水体，F-J为动水水体）：A. 白龙潭 B. 北京大学 C. 世界公园 D.雁栖湖 E. 野鸭湖 F. 坝河 G. 潮河 H. 莲花河 I. 南长河 J.温榆河

这项研究选择北京为研究区域，对109个静水和动水水体开展了基于eDNA的鱼类多样性调查。通过采集水样提取eDNA，并结合metabarcoding和高通量测序，课题组共鉴定获得分属于9个目的75种鱼类MOTU（分子可操作分类单元），包括52个本地原生鱼种和23个外来鱼种。他们同时对水体进行水质理化指标测定，并结合每个采样点周围的地表覆盖数据，分析这些环境指标如何在精细空间尺度上影响静水和动水的原生和外来鱼类多样性分布。

eDNA检测到的部分北京地区鱼种（罗昊供图）

研究结果表明，北京地区具有较高的鱼类多样性，但非本地鱼种占据了全部鱼类多样性的30%之多；鱼类群落同质化较为明显，但不同水体类型间鱼类群落组成也存在一定差异。在静、动水体中的本地鱼种多样性均对水质指标化学需氧量（COD）呈现显著负相关，且在静水中COD影响尤甚；外来鱼种对COD响应远低于本地鱼种，显示本地鱼类多样性对水质更加敏感，而外来鱼种具有更高的环境耐受性。此外，静水中本地物种多样性随到城市中心距离的增加而下降，相反的，动水中本地和外来鱼类多样性均随距离增加呈现非线性增长，并且动水中的外来鱼类占比在郊区高于城市中心，提示非本地鱼种可能通过河流从周边地区引入，并在郊区建立种群。

A. 本地和外来鱼种在静水和动水中的检测出现次数；B.广义加性模型（GAM）显示本地和外来鱼类物种丰富度对COD及距城市中心距离的响应关系

这项研究较全面地覆盖了从城市中心到远郊区的静水和动水、自然和人工等不同水体类型，获得了北京城市生态系统中高精度的鱼类分布和组成数据，填补了世界城市精细空间尺度上鱼类多样性数据的空缺。结果提示，调查城市水生生物多样性应均衡覆盖不同水体类型，以更全面反映区域的整体生物多样性。此外，该研究结果揭示了城市环境对不同水生栖息地类型中本地和外来鱼类群落的复杂影响，突出了鱼类与陆生生物类群面临不同的人为影响压力，并提示对不同水体类型应采用有针对性的管理策略，为科学保护城市鱼类多样性及水生生态系统健康提供了关键信息。

北京大学生命科学学院博士后张姗为本论文的第一作者，姚蒙为论文的通讯作者。该研究得到青藏二次科考项目、科技部基础资源调查项目等资金支持。感谢所有参与和协助本项目野外工作的实验室学生和志愿者，城市与环境学院赵淑清课题组对地表数据分析提供支持，中国科学院生态环境研究中心战爱斌课题组对水质分析提供帮助。

张姗在潮河采集水样

姚蒙（右下）和志愿者进行城市水体水质指标测定