環(huán)境DNA技術(shù)在水生態(tài)領(lǐng)域應(yīng)用研究進(jìn)展

趙彥偉，陳家琪，董麗，麻曉梅，白潔，田凱

（北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，水環(huán)境模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875）

對生物資源與生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行全面系統(tǒng)的調(diào)查評估，是生態(tài)環(huán)境研究的重點(diǎn)，也是保護(hù)全球生物多樣性的重要舉措?；谛螒B(tài)學(xué)鑒定的傳統(tǒng)生物監(jiān)測方法對樣本的完整性和鑒定人員的技術(shù)要求高，尤其對于隱蔽性強(qiáng)、生活習(xí)性難以掌握、形態(tài)變化大的物種，鑒定難度較大，這些均為生物監(jiān)測和物種保護(hù)工作的開展帶來了困難。因此，需要一種快速高效、侵入性低且受物種自身影響小的技術(shù)來解決當(dāng)前的生物監(jiān)測問題。

環(huán)境DNA（Environmental DNA，eDNA）作為當(dāng)前重要的技術(shù)手段之一，為環(huán)境生態(tài)的相關(guān)研究提供了新思路與新方法，其推動(dòng)著物種鑒定工作由形態(tài)學(xué)識別向分子生物學(xué)過渡。任何物種都有自己特有的DNA 序列，皮膚、糞便、唾液、配子、分泌物等都會(huì)攜帶著自身的DNA 片段，其脫落到環(huán)境中后，即可通過一系列分子生物學(xué)操作流程檢測到環(huán)境中物種的存在信息[1]，這即是eDNA 技術(shù)的基本原理。eDNA 技術(shù)直接從環(huán)境樣品中提取DNA，無需對任何物種進(jìn)行分離，可將生物監(jiān)測對環(huán)境帶來的影響降到最低[2?3]。涉及eDNA的研究最早開始于20世紀(jì)80年代，經(jīng)過近年的發(fā)展，該技術(shù)的研究逐步深入，采集范圍逐步擴(kuò)大，尤其在水生態(tài)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

相較于其他的生物鑒別技術(shù)，eDNA 是一項(xiàng)新技術(shù)領(lǐng)域，因此受到較多學(xué)者的關(guān)注。馬鴻娟等[4]、陳煉等[5]、張輝等[6]對eDNA 技術(shù)進(jìn)行了較為全面的綜述，對該技術(shù)的發(fā)展歷程、通用操作流程及其在生物多樣性研究中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。本文在這些綜述基礎(chǔ)上，吸收了近年eDNA 技術(shù)在水生態(tài)領(lǐng)域的最新研究成果，強(qiáng)調(diào)了水生態(tài)研究中采樣環(huán)境、目標(biāo)物種變化情況下不同技術(shù)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)與比較，重點(diǎn)總結(jié)了eDNA 技術(shù)在水生態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用，分析了該技術(shù)應(yīng)用的局限性，并根據(jù)水生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)提出了相應(yīng)改進(jìn)措施，對eDNA技術(shù)未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

1 eDNA技術(shù)的操作方法

eDNA 技術(shù)主要包括樣品采集、DNA 提取、PCR擴(kuò)增及測序、生物信息學(xué)分析。在不同的研究中，采樣環(huán)境、目標(biāo)物種等重要因素會(huì)有差異，從而使不同的技術(shù)環(huán)節(jié)方法有所變化。

在水環(huán)境應(yīng)用中，為減少外界環(huán)境因子對水體中遺留的生物DNA 的影響，樣品采集時(shí)不宜對水體造成過大的擾動(dòng)，通常采集研究區(qū)表層水即可[7]。樣品采集過程中要格外注意外來污染或交叉污染，必須嚴(yán)格佩戴一次性手套并及時(shí)更換，以免給最后的物種識別過程帶來干擾。在采集平行樣本的同時(shí)設(shè)計(jì)空白樣本[8]，如將一瓶加蓋的蒸餾水保存在冰上，以檢查現(xiàn)場工作期間的污染。樣品采集后要立刻冷藏防止水體中生物DNA 降解，并在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行初步處理。

樣品采集后，采用濾膜法和沉淀法均可以達(dá)到濃縮樣品提取DNA 的目的，且兩種方法各有優(yōu)勢，沉淀法所需水樣明顯少于濾膜法，但濾膜法可獲得更高濃度的DNA，當(dāng)前濾膜法中的抽濾方式應(yīng)用較多。DNA 的提取方法包括物理法、化學(xué)法、生物法等，也有研究選擇相應(yīng)的DNA 試劑盒提取水環(huán)境中的DNA。有研究表明，應(yīng)根據(jù)目標(biāo)物種選取合適的DNA 提取方法，以保證提取到的DNA 濃度最佳，如提取真核生物DNA 時(shí)采用抽濾法與DNeasy Blood &Tissue Kit試劑盒相結(jié)合的方法檢出率更高[9]。

PCR 擴(kuò)增首先需要進(jìn)行引物的設(shè)計(jì)。引物設(shè)計(jì)需依不同的研究目標(biāo)而定，如果是對研究區(qū)進(jìn)行全面的生物多樣性評價(jià)，則要選擇通用性引物，以保證此引物擴(kuò)增到的物種序列最全；如果是對特定物種進(jìn)行監(jiān)測評估，則需根據(jù)目標(biāo)物種特點(diǎn)設(shè)計(jì)特異性引物。之后進(jìn)行PCR 擴(kuò)增，擴(kuò)增后產(chǎn)物經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳檢測，若檢測結(jié)果符合要求，即可進(jìn)行上機(jī)測序。

測序得到的原始序列需經(jīng)過低質(zhì)量過濾、序列拼接、去除嵌合體等一系列質(zhì)控過程，得到的高質(zhì)量有效序列將按照一定的序列相似性進(jìn)行OTU聚類（OTU相當(dāng)于傳統(tǒng)生物監(jiān)測中的“種”），在每個(gè)OTU 中選取代表序列（通常為最長序列）與相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)庫比對進(jìn)行物種的注釋分析，不同數(shù)據(jù)庫的鑒定范圍通常不同（表1），需根據(jù)目標(biāo)物種選擇合適的數(shù)據(jù)庫。以O(shè)TU聚類和物種注釋結(jié)果為基礎(chǔ)，可得到區(qū)域內(nèi)的物種組成與分布、群落間結(jié)構(gòu)差異等信息，還可進(jìn)一步挖掘物種之間的進(jìn)化關(guān)系，探究不同環(huán)境因子對物種群落結(jié)構(gòu)的影響等。

表1 常見基因數(shù)據(jù)庫及鑒定范圍Table 1 Common genetic databases and appraisal scope

2 eDNA技術(shù)在水生態(tài)研究中的應(yīng)用

2.1 生物多樣性監(jiān)測

2.1.1 物種的識別與監(jiān)測

生物多樣性是衡量某一區(qū)域物種豐富程度的重要指標(biāo)，是環(huán)境生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)性工作，生物多樣性監(jiān)測的難點(diǎn)在于快速準(zhǔn)確地識別物種，eDNA技術(shù)因可以解決這一問題，而在浮游動(dòng)物、藻類、魚類等生物類群的監(jiān)測中得到了應(yīng)用（表2）。其中，魚類是 eDNA 監(jiān)測的重要類群之一，THOMSEN 等[18]發(fā)現(xiàn)eDNA 技術(shù)可監(jiān)測到形態(tài)學(xué)監(jiān)測方法識別不到的魚類；趙夢迪[19]、SIGSGAARD 等[20]、楊海樂等[21]將 eDNA技術(shù)與形態(tài)學(xué)監(jiān)測方法對魚類的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了比較，證明了eDNA 技術(shù)較高的覆蓋度和用于漁業(yè)生物多樣性監(jiān)測的可行性。利用eDNA 技術(shù)，宋倫等[22]、LIU 等[23]、岳一鴻等[24]對藻類進(jìn)行了監(jiān)測，唐晟凱等[25]、胡愈炘等[26]對浮游生物進(jìn)行了監(jiān)測，這些研究證實(shí)了利用eDNA 技術(shù)對水生態(tài)系統(tǒng)中的物種進(jìn)行識別與監(jiān)測，全面評估區(qū)域物種資源狀況的潛力。

表2 eDNA技術(shù)用于水生態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用實(shí)例Table 2 Application examples of eDNAinaquatic ecosystem monitoring

2.1.2 瀕危物種和入侵物種監(jiān)測

瀕危物種保護(hù)和外來入侵物種防治是維持生態(tài)系統(tǒng)平衡、保護(hù)全球生物多樣性的重要舉措。一般情況下，入侵物種早期階段和瀕危物種的物種數(shù)量低，利用傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)監(jiān)測方法難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這增加了珍稀物種滅絕和外來物種大規(guī)模繁殖的風(fēng)險(xiǎn)，影響到生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。盡早掌握瀕危物種和入侵物種早期階段的分布范圍、演變趨勢等基本信息是監(jiān)測工作的關(guān)鍵[27?29]，已有研究利用eDNA 技術(shù)完成了對典型入侵物種克氏原螯蝦的監(jiān)測[30]，還有研究利用eDNA 技術(shù)檢出了全球第四只斑鱉。利用eDNA 技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了對美國牛蛙[31]、亞洲鯉魚[32]、斑馬貽貝[33]、藍(lán)腮太陽魚[34]等入侵物種，江豚[35]、歐白鮭[36]、野生娃娃魚[37]、澳洲麥?zhǔn)削|[38]、長鰭金槍魚[39]等瀕危物種的監(jiān)測，這些證實(shí)了eDNA 技術(shù)在入侵物種的及時(shí)監(jiān)測預(yù)警、珍稀物種的追蹤研究等方面的應(yīng)用價(jià)值與潛力。

2.2 生物量評估

已有研究表明，某一物種釋放的eDNA 濃度和其生物量呈正相關(guān)關(guān)系[40]，此結(jié)論為生物資源的綜合評估提供了一個(gè)新的思路。孫晶瑩等[41]選取太湖流域常見的5 種浮游動(dòng)物為研究對象，利用eDNA 技術(shù)對其開展了生物量監(jiān)測研究，發(fā)現(xiàn)在選擇合適引物的基礎(chǔ)上，eDNA 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對浮游動(dòng)物的半定量檢測。李苗等[42?43]在建立優(yōu)化中國對蝦（Fenneropenaeus chinensis）eDNA 操作流程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對eDNA在水體中的存留時(shí)間進(jìn)行了研究，這些研究對中國對蝦進(jìn)行定量的生物量評估至關(guān)重要。秦傳新等[44]分別綜述了實(shí)驗(yàn)室可控環(huán)境和野外環(huán)境條件下利用eDNA 技術(shù)進(jìn)行生物量評估的研究進(jìn)展，并提出要更多地關(guān)注影響eDNA 釋放、遷移、降解的因素，進(jìn)而為生物量評估提供重要的依據(jù)。盡管目前已有眾多針對魚類、兩棲動(dòng)物等物種生物量估算的研究，但由于不同物種釋放eDNA 的濃度和速度不盡相同，想要實(shí)現(xiàn)跨類群的生物量評估還需要eDNA 技術(shù)更深入的發(fā)展。

2.3 生物食性分析

以往的食性分析多基于形態(tài)學(xué)鑒定、同位素追蹤等方法[45]，對瀕危性、夜行性以及生活習(xí)性難以掌握的生物測定難度較大。近年來eDNA 技術(shù)被廣泛應(yīng)用于動(dòng)物食性的分析，其最大的優(yōu)勢在于能進(jìn)行快速精準(zhǔn)的測定，有利于精確解析動(dòng)物食物網(wǎng)的關(guān)系和生態(tài)系統(tǒng)的功能。周天成等[46]利用基因測序技術(shù)分析了一種海洋貝類——塔形馬蹄螺（Tectus pyramis）的食物組成并推測其屬于沉積物碎屑食性生物，測序結(jié)果共獲得41 個(gè)OTU，分屬11 個(gè)門類，其中有孔蟲、真菌、后生動(dòng)物是其消化道中存在的重要類群。除此之外，eDNA 技術(shù)還被用于多種海洋生物的食性研究，如刺參、龍蝦、方星格蟲等[47]。

食性分析是生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)，也是了解水生生物與環(huán)境關(guān)系及捕食者與被捕者關(guān)系的基礎(chǔ)，是對已有食物鏈研究的重要補(bǔ)充[48]，對研究區(qū)內(nèi)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重建和生態(tài)調(diào)控具有重要意義。但世界上絕大多數(shù)生物的食性分析還處于較為粗略的定性描述階段，eDNA 技術(shù)將會(huì)成為人類更全面明確生物食性、研究食物鏈/網(wǎng)結(jié)構(gòu)的有利工具。

2.4 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估是生態(tài)毒理學(xué)研究中的重要且基礎(chǔ)內(nèi)容，傳統(tǒng)生態(tài)毒理學(xué)方法強(qiáng)調(diào)對化學(xué)物質(zhì)暴露過程的評估，忽視了對群落結(jié)構(gòu)及生態(tài)系統(tǒng)基本功能的影響，評估結(jié)果具有一定的應(yīng)用局限性。ZHANG[49]認(rèn)為eDNA 技術(shù)開拓了生態(tài)毒理學(xué)研究的新時(shí)代，該技術(shù)既可解決當(dāng)前生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估存在的問題，又可擴(kuò)展未來生態(tài)毒理學(xué)研究的領(lǐng)域和方法。YANG 等[50]、LI 等[51]利用eDNA 技術(shù)監(jiān)測了水體中的原核生物、真核生物等生物群落結(jié)構(gòu)，評估了其與pH、總氮、總磷等環(huán)境因子的關(guān)系；XIE 等[52]利用eDNA 技術(shù)評估了漏油對沿海沉積物中細(xì)菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物群落的影響；YANG 等[53]探究了銅的不同濃度對濕地沉積物中原核生物和真核生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)以及生物間關(guān)系的影響。這些研究推動(dòng)著eDNA 技術(shù)在生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測、污染診斷和生態(tài)修復(fù)等方面更深入的應(yīng)用。

2.5 生物流行病的預(yù)測與預(yù)防

疾病生態(tài)學(xué)是用生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)研究環(huán)境、宿主和病原體之間關(guān)系及其發(fā)展規(guī)律的新學(xué)科，其能明確疾病進(jìn)化和生態(tài)之間的相互作用，預(yù)測疾病爆發(fā)的方式和地點(diǎn)，指導(dǎo)相關(guān)部門的管理決策，有效預(yù)防生物流行病的傳播。當(dāng)前，eDNA 技術(shù)已用于研究水體中的寄生蟲疾病[54]。CARRARO 等[55?56]、GOMES 等[57]通過研究證實(shí)了eDNA 技術(shù)用于預(yù)測預(yù)防水體寄生蟲爆發(fā)的潛力。其中CARRARO 等[55]以瑞士Wigger 分水嶺為研究區(qū)，以對本地鮭魚物種有極大影響的增生性疾?。≒roliferative kidney disease，PKD）為研究對象，繪制了其病原體F.sultane的DNA 濃度分布圖，并建立了研究水傳播疾病的流行病學(xué)和疾病動(dòng)力學(xué)模型；同時(shí)利用eDNA 技術(shù)對整個(gè)河流上游網(wǎng)絡(luò)中引發(fā)鮭魚疾病的固著無脊椎動(dòng)物F.sultane及其寄生蟲T.bryo?salmonae的分布和豐度進(jìn)行了估計(jì)，通過這兩種生物的生物量變化來預(yù)測PKD在研究區(qū)內(nèi)的傳染狀況[56]。這項(xiàng)研究開啟了利用eDNA 技術(shù)估計(jì)目標(biāo)物種在研究區(qū)內(nèi)分布情況及有效預(yù)測預(yù)防流行病傳播的新模式，而傳統(tǒng)的調(diào)查方法迄今還無法做到這一點(diǎn)。

3 eDNA技術(shù)應(yīng)用的局限性與改進(jìn)

和傳統(tǒng)生物監(jiān)測方法相比，eDNA 技術(shù)具有非入侵性、高靈敏度、不受環(huán)境條件限制等優(yōu)勢，但也存在一系列有待完善的問題，在實(shí)際應(yīng)用過程中存在局限，還不能完全取代傳統(tǒng)的調(diào)查方法，這些問題制約著eDNA技術(shù)的應(yīng)用。

3.1 缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程

選擇效果最佳、最經(jīng)濟(jì)便捷的操作流程與方案一直是科研人員關(guān)注的焦點(diǎn)，隨著eDNA 技術(shù)的不斷發(fā)展及研究團(tuán)隊(duì)的壯大，eDNA 技術(shù)實(shí)驗(yàn)方案也在不斷增加。已有研究表明，不同的DNA 捕獲與提取方案[9，58]會(huì)對最終的監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生影響。但因受采樣環(huán)境、采樣范圍、監(jiān)測目標(biāo)物種等多重因素的限制，當(dāng)前缺乏一套通用的eDNA 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化操作流程。研究者在研究過程中采取的操作方法不盡相同，導(dǎo)致研究結(jié)果的對比性差，存在一些爭議[7，28]。今后應(yīng)加強(qiáng)eDNA 技術(shù)在水生態(tài)研究中應(yīng)用的普適性研究，使eDNA 技術(shù)能更廣泛地應(yīng)用于水生生態(tài)監(jiān)測中。需要綜合考慮不同類型水生生物的生活特征，對eDNA 技術(shù)的整個(gè)操作流程進(jìn)行優(yōu)化，針對不同目標(biāo)物種與研究目的，明確與細(xì)化采樣、提取、PCR擴(kuò)增、分析等的操作指南與技術(shù)規(guī)范，從而建立一個(gè)規(guī)范統(tǒng)一的操作方案與流程，以推動(dòng)eDNA技術(shù)更廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。

3.2 監(jiān)測精度及準(zhǔn)確性有待提高

eDNA 在水體中釋放的濃度及其分布受到水動(dòng)力條件[59]、水體溫度及光照條件[60]、季節(jié)變化、生物活動(dòng)等多種因素的影響，還與人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度密切相關(guān)，且eDNA 會(huì)隨著時(shí)間和各環(huán)境因子的改變而發(fā)生降解。當(dāng)前研究大多未考慮外界環(huán)境條件變化對DNA 分布的影響[5]，使得監(jiān)測結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的誤差。近年來國內(nèi)外學(xué)者針對這一問題進(jìn)行了有效探索，主要集中在季節(jié)變化對特定生物eDNA 的影響[35]，水體溫度及營養(yǎng)條件與eDNA 降解之間的關(guān)系[61]等方面，但這些研究具有個(gè)案特征，并不能作為普遍的規(guī)律指導(dǎo)eDNA 的廣泛應(yīng)用，eDNA 時(shí)空尺度研究的精確度還有待提升。為此，需要研究者們在模擬并建立外界干擾和物種分布之間對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上[7]，積極探究影響eDNA 產(chǎn)生和降解速率的環(huán)境因素，進(jìn)而更好地為生物量評估和生物流行病的預(yù)測預(yù)防等相關(guān)工作的開展提供理論基礎(chǔ)。

3.3 假陽性和假陰性錯(cuò)誤無法避免

假陽性和假陰性錯(cuò)誤是基于研究區(qū)目標(biāo)物種的DNA 是否被檢出以及目標(biāo)物種是否真實(shí)存在而產(chǎn)生的，主要受技術(shù)敏感性、引物偏倚性等因素的影響[35]。在實(shí)際操作中，假陽性和假陰性錯(cuò)誤的出現(xiàn)可能會(huì)帶來較大的損失，尤其是在瀕危物種和入侵物種的監(jiān)測中，物種的誤判對生態(tài)系統(tǒng)的影響是巨大甚至是毀滅性的。為了盡可能減少假陽性和假陰性錯(cuò)誤的出現(xiàn)，需提高引物的通用性，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)操作過程的準(zhǔn)確性，設(shè)置陽性和陰性對照以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，對實(shí)驗(yàn)中的外來污染和交叉污染進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以結(jié)合其他鑒定方法進(jìn)行對比分析，校核實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而提高eDNA技術(shù)用于生物監(jiān)測的有效性和可靠性。

3.4 物種參考數(shù)據(jù)庫需要完善

基因測序序列和物種參考數(shù)據(jù)庫的比對是保障eDNA 技術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。主要在于，物種參考數(shù)據(jù)庫的完整性和質(zhì)量直接影響著特異性DNA條形碼的可用性，進(jìn)而影響生物多樣性的監(jiān)測結(jié)果，更決定著運(yùn)用eDNA 技術(shù)進(jìn)行物種鑒定的可靠性[62?63]。數(shù)據(jù)庫的不完整可能會(huì)導(dǎo)致大量的基因序列無法被注釋，造成海量遺傳信息的遺失。近年來，NCBI、SILVA、Greengenes、PR2 等一些常用的公共數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)在不斷更新和完善，也有研究者在積極建立研究區(qū)的本土生物基因庫，如：太湖浮游生物基因庫[64?65]、中國的底棲動(dòng)物條形碼數(shù)據(jù)庫[66]等，但數(shù)據(jù)庫的容量依舊不足。為保證結(jié)果有效性和數(shù)據(jù)可用性，同時(shí)提高基因序列注釋到種水平的概率，可從兩個(gè)方面改進(jìn)：一是建立本土基因庫，加強(qiáng)全球資源和成果共享；二是完善和優(yōu)選現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，建立一個(gè)生物類群更多、基因序列更全的公共數(shù)據(jù)庫。

3.5 eDNA豐度和生物體數(shù)量的關(guān)系需要進(jìn)一步明確

eDNA 技術(shù)只能從序列數(shù)量推斷OTU 的相對豐度，雖然可利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR 等方法對特定DNA 進(jìn)行絕對定量，但對于還原形態(tài)學(xué)方法中的物種絕對豐度或生物量的預(yù)期，仍然相差甚遠(yuǎn)。目前多采用多引物法或僅對單一類群的特異基因測序結(jié)果進(jìn)行分析，以彌補(bǔ)eDNA 監(jiān)測技術(shù)還原度低的問題。近年來，物種的基因拷貝數(shù)、基因組大小、生物體積大小等因素逐漸被納入到矯正因子的參數(shù)選擇中[67]，也有研究者在探索不依賴于形態(tài)學(xué)分類注釋的描述群落結(jié)構(gòu)和多樣性的eDNA 監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析方法[68?69]，這進(jìn)一步豐富了eDNA 與生物體對應(yīng)關(guān)系的研究體系。

4 總結(jié)與展望

在水生態(tài)監(jiān)測研究中，傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)生物監(jiān)測方法受耗時(shí)長、難度大、成本高等因素的限制，無法實(shí)現(xiàn)對水生生物的精準(zhǔn)監(jiān)測和識別。eDNA 技術(shù)目前雖然也存在著流程不規(guī)范統(tǒng)一、數(shù)據(jù)庫不完善等問題，但其具有的省時(shí)高效、靈敏度高、環(huán)境友好等優(yōu)勢，正推動(dòng)著該技術(shù)成為生物多樣性監(jiān)測和評估的一個(gè)強(qiáng)有力工具。因此，eDNA 技術(shù)和傳統(tǒng)監(jiān)測方法的互相補(bǔ)充才能為全球大規(guī)模、高效率的生物監(jiān)測提供技術(shù)支撐。

eDNA 技術(shù)是分子生態(tài)學(xué)發(fā)展的重要產(chǎn)物，它將極大地提升人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)的能力，未來關(guān)于eDNA 的進(jìn)一步發(fā)展將涉及技術(shù)和應(yīng)用兩個(gè)層面。技術(shù)方面，在解決技術(shù)流程、監(jiān)測精度、水生生物種數(shù)據(jù)庫等問題的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)新興測序技術(shù)及平臺(tái)的研發(fā)，將基因測序結(jié)果和監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)水生態(tài)監(jiān)測的智能化，不斷提高監(jiān)測效率，使更大批量的測序成為可能，還應(yīng)將eDNA 技術(shù)引入水生生物的食物網(wǎng)/鏈研究中，豐富eDNA研究的技術(shù)體系。應(yīng)用方面，一是在穩(wěn)步推進(jìn)eDNA 技術(shù)應(yīng)用于水域生物多樣性與水生態(tài)監(jiān)測等常規(guī)研究的同時(shí)，還應(yīng)拓展eDNA 技術(shù)在水生態(tài)系統(tǒng)的研究領(lǐng)域，加強(qiáng)該技術(shù)在水域食物鏈/網(wǎng)重構(gòu)、流域營養(yǎng)鹽控制、流域生態(tài)調(diào)控與管理中的應(yīng)用；二是要積極開展試點(diǎn)性研究，嘗試將eDNA 技術(shù)引入國家水環(huán)境與水生態(tài)監(jiān)測體系，編制并完善與eDNA 技術(shù)應(yīng)用及實(shí)施相關(guān)技術(shù)的指南、導(dǎo)則與方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)eDNA 技術(shù)在水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用。