《Molecular Ecology Resources》：Properties and Limitations of eDNA Substrates for Terrestrial Animal Monitoring
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本综述系统评述了245项研究，聚焦于环境DNA（eDNA）技术在陆地动物多样性监测中的应用。文章创新性地提出“时空偏差”（Spatial and Temporal Deviation）概念，并依据DNA沉积机制将eDNA底物划分为三大类：非生物底物（如土壤、水、空气、沉积物）、生物底物（如无脊椎动物样本、植物组织、蜘蛛网）和直接证据底物（如粪便、足迹、庇护所）。作者强调，底物选择需与研究目标及目标物种生态学特性紧密结合，并深入探讨了各类底物在应对假阴性/假阳性、时空偏差等挑战时的特性与局限，为设计精准、高效的陆地eDNA监测方案提供了关键决策依据。
环境DNA（eDNA）技术：开启陆地动物监测的新篇章
随着生物多样性丧失日益严峻，开发高效、精准的陆地动物监测方法成为生态学与保护生物学研究的焦点。环境DNA（eDNA）技术，即通过检测环境中脱落的遗传物质（如皮肤细胞、粪便、毛发等）来识别物种，以其非侵入性、高灵敏度及成本效益等优势，正迅速成为传统监测方法（如野外观察、相机陷阱）的强大补充。然而，eDNA监测结果受到多种因素影响，其中采样底物的选择尤为关键，它直接决定了可检测的物种范围以及数据解读的准确性。
陆地动物监测的挑战与eDNA的机遇
陆地动物在生态系统运作中扮演着不可或缺的角色，从养分循环、传粉授粉到种子传播和营养级调控。然而，栖息地丧失、气候变化和人类活动正严重威胁着许多物种的生存。传统监测方法虽能提供宝贵数据，但常耗时耗力，对隐秘物种效果有限。eDNA分析通过检测物种遗留环境的遗传痕迹，为物种探测和监测提供了全新视角。但eDNA监测也面临固有挑战，主要包括假阴性（物种存在但未检测到）、假阳性（错误检测到不存在的物种），以及由DNA在环境中迁移和存留导致的“时空偏差”——即DNA检测地点/时间与其真实来源地点/时间之间的差异。
eDNA监测的核心挑战
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假阴性：可能由目标物种eDNA脱落率低、底物选择不当、环境条件（如高温、紫外线加速DNA降解）以及采样处理过程中的技术问题（如引物偏好、PCR抑制物）导致。例如，与外骨骼坚硬的节肢动物相比，eDNA对 Diptera 和 Thysanoptera 访花传粉者的检测效果优于对 Hymenoptera 和 Lepidoptera 的检测。
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假阳性：通常源于样本污染、实验室交叉污染或参考数据库错误注释。严格的操作流程、阴性对照和高质量数据库是降低假阳性的关键。
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时空偏差：
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空间偏差：eDNA可通过风、雨水、水流或动物活动进行迁移。例如，空气eDNA可反映远距离物种，水流可将eDNA携带至下游数公里外。
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时间偏差：eDNA在环境中的存留时间从数小时到数千年不等，取决于底物类型和环境因素。例如，土壤eDNA可存留数月甚至更久，而水体eDNA通常仅存留数天至数周。
eDNA底物概览：特性与局限性的权衡
根据DNA沉积机制，eDNA底物可分为三类：
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A. 非生物底物：通过被动环境沉积积累eDNA。
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土壤：应用广泛（53项研究），DNA局部滞留性强，物种周转率高，需较多重复样本。易出现假阴性，DNA存留时间长（数月到数年），时间偏差显著。
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水体：常用于监测（45项研究），均质性好，所需重复样本少。DNA存留时间短，但易受水流影响产生空间偏差。
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空气：新兴底物（12项研究），能捕获大空间范围的生物多样性，空间偏差显著。采样设备设置较复杂。
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沉积物：应用较少（6项研究），DNA长期存留于沉积物中，适用于历史生物多样性重建，但空间偏差可能较大。
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B. 生物底物：eDNA通过生物间相互作用获得。
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无脊椎动物（iDNA）：如蚂蟥、蚊子（37项研究）。通过吸血等行为获取脊椎动物宿主DNA，空间分辨率较高，但采样工作量可能很大，检测到的物种组成受无脊椎动物生态位影响。
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植物组织与表面：如花朵、树皮拭子（39项研究）。特别适用于监测传粉者、树栖物种等与植物有直接相互作用的类群。环境因素（如雨水）可能导致假阴性。
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蜘蛛网：新兴底物（3项研究），作为天然空气过滤器，能有效捕获多种生物类群的DNA，易于采样。可能受风影响产生空间偏差。
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C. 直接证据底物：来自目标物种的直接生物痕迹或吸引点。
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物理痕迹：如粪便（34项研究）、足迹（5项研究）、摄食痕迹（15项研究）。能提供高特异性的物种检测，时空偏差通常较小，但寻找这些痕迹可能需要较多野外努力。
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吸引点：如天然/人工庇护所、巢穴、水源点（21项研究）。提高目标物种检测率，但时间偏差程度因具体地点而异（如水箱eDNA存留仅数小时，鸟巢沉积物eDNA可存留数周）。
研究设计与未来展望
成功实施eDNA监测研究，首先需明确目标物种或类群，并据此选择最适底物和采样时间。深刻理解目标物种的生态学习性（如行为、活动模式）至关重要。对于旨在进行生物多样性编目或评估生态系统健康的研究，保持采样方法、底物和处理流程在不同地点和时间点的一致性，是确保结果可比性的基础。同时，需充分考虑所用底物固有的时空偏差特性，并可通过技术选择进行一定程度的调控（如用eRNA减少土壤的时间偏差，降低空气采样器高度以减少空间偏差）。
未来，eDNA技术的发展有赖于在eDNA生态学（特别是不同底物中DNA的存留、降解和迁移规律）、方法标准化以及提高稀有物种检测能力等方面取得突破。随着知识的积累和方法的统一，eDNA技术有望借助公民科学等大规模采样网络，最终变革全球生物多样性监测的格局。
