环境DNA技术研究污染物的生态群落效应
上林
二圣镇
金岩土家族乡

妈妈骄傲你:懂事,知明理。虽然,每星期的周一到周五妈妈不在你的身边,不能象别的孩子那样细致、周到的照顾你,但你却从来没有一句怨言,倒把自己的生活打理的有条不纹,自己学会了照顾自己,自己的事从来都是自己在做,你养成了坚强、勇敢的品格,你能勇敢的面对一切,和妈妈一起承担了别人没有承担过的事。你的勇敢让妈妈更坚强了,让妈妈看到了新的希望!

设为首页 | 加入收藏 | English欢迎来到大奖888机构大奖888!
88pt88

环境DNA技术研究污染物的生态群落效应
杨江华,张效伟*

       生态环境保护的一个主要目标是对生态生物要素的保护,这不仅由于其是生态系统的主要组成部分,更是因为生物多样性保证了人类发展所必需关键生态系统服务的数量和质量。环境污染对生态系统的破坏不仅体现在直接导致少数物种的毒性,还可以通过食物网等间接作用影响生物多样性和生态服务功能。过去人们对污染物生态效应的评估主要集中在其对生物个体和亚个体层面的毒性,对于环境污染更高层次的影响(如种群、群落和生态系统)研究很少,因此难以有效预估污染对生态的破坏效应,以及难以系统地评估生态修复工程的实施效果。这主要是由生态生物多样性评估技术落后导致的。
       大奖888机构大奖888“生态毒理与健康风险“团队历时5年开发基于环境DNA的生态基因组学技术,用于水生生物多样性快速监测和河流、湖泊生态健康评估。在本研究中,我们将该套技术方法应用于澳大利亚墨尔本市的湿地保护研究工作中,通过野外微宇宙试验,评估典型污染物重金属铜对湿地底栖生态群落的影响,并在此基础上建立了适合于墨尔本本地湿地的污染物生态基准。评审专家认为: “研究采用新型基因组学技术,提供了创新性的环境风险评估方法(a novel approach for environmental risk assessment by using new genomic technologies)”.
图1. 在墨尔本郊区湿地公园开展的微宇宙试验现场及研究路线图

       本研究采用原位微宇宙结合环境DNA生物多样性评估极大促进污染物的生态效应研究。野外模拟沉积物铜污染,实验结束后提取沉积物中的环境DNA,根据DNA序列识别微宇宙体系中的生物多样性,研究个体层面、群落层面的毒性效应,最后利用环境DNA技术推导沉积物铜污染的环境基准(图1)。
图2. 环境DNA条形码发现的微宇宙生物多样性和铜污染对各生物类群的效应。

       环境DNA对生物群落的高分辨率为全面认识生态系统的生物要素奠定基础。条形码技术准确识别出大量生物,包括细菌、蓝藻、真核藻类、真菌、软体动物等,其中微生物贡献了最多的生物多样性,其次是原生动物、真菌和藻类。环境DNA条形码技术使得我们有机会将生态系统“数字化的展开”,这些信息为研究污染的群落效应提供了素材(图2A-C)。
       环境DNA准确识别出大量形态学尺度无法检测到的“敏感”和“耐受”物种。在个体层面,通过环境高分辨DNA扫描,我们发现大量生物受到沉积物铜污染的影响。其中,微生物对铜表现出极大的抗性,虽然大量微生物受铜污染变少,也有大量微生物随着铜浓度的增加而变多(图2D)。
       在群落层面,沉积物铜污染使得微生物和后生动物的多样性分别降低了12%和25%。原生动物、藻类和真菌在高铜污染时生物多样性增加,这可能是由于后生动物减少,捕食压力降低导致的。铜暴露也显著改变了群落间的相互作用,在低浓度铜污染下,后生动物—藻类、真菌—原生动物间相互作用较强;在高铜浓度污染时,后生动物—真菌、后生动物—原生动物的联系增加(图3)。
图3. 铜对微宇宙群落水平的影响。

       最后,本研究还比较了实验室毒性测试和野外微宇宙实验的差异,发现野外微宇宙实验能发现数量更多的受铜影响的物种,而实验室毒性实验发现的“受影响”物种中有超过一半(27/34)能够被野外实验所验证,这说明环境DNA宏条形码技术的可靠性。同时,基于野外微宇宙实验推导的环境基准比实验室毒性测试推导的环境基准更小,这也说明实验室毒性测试有可能低估污染物的风险(图4)。
图4. 实验室和野外实验的比较及沉积物铜基准的推导。

       本项目受中国环境保护公益性科研项目(201409040)、国家自然基金青年基金(41807482)、江苏自然基金(BK20180331)、国家“水专项”( 2017ZX07602002)和中央高校经费的资助。

参考文献:
1. eDNA metabarcoding supporting community assessment of environmental stressor in a field-based sediment microcosm study Jianghua Yang, Katherine Joanna Jeppe, Vincent J. Pettigrove, and Xiaowei Zhang Environmental Science & Technology Just Accepted Manuscript DOI: 10.1021/acs.est.8b04903
2. Detecting copper toxicity in sediments: from the sub‐individual level to the population level. Katherine J. Jeppe, Jianghua Yang, Sara M. Long, Melissa E. Carew, Xiaowei Zhang, Vincent Pettigrove and Ary A. Hoffmann. Journal of Applied Ecology, 2016. doi:10.1111/1365-2664.12840.
3. Sensitive Community Responses of Microbiota in Sediment Toxicity Test of Copper. Jianghua Yang, Yuwei Xie, Katherine Jeppe, Sara Long, Vincent Pettigrove and Xiaowei Zhang. Environmental Toxicology and Chemistry. 2018 , 37 (2) 599-608.

版权所有©2009大奖888机构大奖888 Copyright © 2009 school of the environment, Nanjing Universityall Rights Reserved