《Evolutionary Applications》：Unveiling Vertebrate Biodiversity in Arid and Semi-Arid Terrestrial Ecosystems Through eDNA Metabarcoding at Savanna Waterholes
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本文系统评估了环境DNA（eDNA）宏条形码技术在非洲半干旱稀树草原生态系统中监测陆生脊椎动物多样性的应用。研究通过分析水坑的水体、沉积物及周边土壤样本，重点探讨了采样基质（水/沉积物/土壤）、季节（干/湿季）和引物对（12SV5/MiMammal）对物种检测效果的影响。结果表明，混合基质采样策略可最大化物种丰富度，沉积物样本对常见物种检测更稳定，而水体样本对稀有物种更敏感。研究为干旱区生物多样性监测提供了关键技术支持与标准化工作流程建议。
研究背景
环境DNA（eDNA）技术已成为生物多样性评估的重要工具，但其在陆地生态系统中的应用仍面临挑战。非洲稀树草原等半干旱生态系统中，水坑是野生动物聚集的关键节点，为利用eDNA监测陆生脊椎动物提供了理想场所。然而，当前缺乏针对此类系统的标准化采样设计指南，且采样基质、季节和分子标记选择等因素对检测结果的影响尚未系统评估。
材料与方法
研究在南非博察拉诺游戏保护区的三个水坑开展，于2023年雨季（3-4月）和旱季（9-10月）共采集725份样本（301份水体、352份沉积物、72份土壤）。水体样本通过过滤浓缩DNA，沉积物和土壤样本直接加入Longmire保存液。采用两种靶向线粒体12S rRNA的引物（12SV5和MiMammal）进行宏条形码测序，通过生物信息学分析获取物种组成数据。统计方法包括物种累积曲线、非度量多维尺度分析（NMDS）和PERMANOVA等。
结果
- 1.
物种组成：共检测到95种脊椎动物（45种鸟类、42种哺乳动物、4种两栖动物、3种爬行动物和1种鱼类），覆盖保护区内已知大型哺乳动物的95%。
- 2.
基质比较：沉积物样本对常见物种检测频率更高（如黑背豺检测频率达0.93），而水体样本独有物种数最多（13种）。混合采样策略（4份水样+4份沉积物）物种丰富度最高（84种）。
- 3.
季节影响：雨季总体物种数更多（78种），但旱季哺乳动物检测率更高（占比54.2%），可能与旱季水源集中有关。
- 4.
引物差异：两种引物物种重叠率仅47%，12SV5引物检测脊椎动物类群更广，而MiMammal对哺乳动物灵敏度更高（检出37种）。
- 5.
土壤样本：野生动物路径土壤样本可有效监测哺乳动物（检出38种），但对鸟类等依赖水源的物种检测有限。
讨论
- 1.
潜在误差源：发现5种可能假阳性物种（如非洲象、霓羚），可能与次级eDNA输入（通过秃鹫传播）或遗传参考数据库不完整有关。假阴性可能源于小型动物eDNA信号弱或参考序列缺失。
- 2.
技术优化：沉积物采样操作便捷、检测稳定性高，适合野外大规模监测；水体样本需过滤设备但能捕获更多稀有物种。建议根据研究目标（常见物种监测vs.稀有物种发现）选择基质。
- 3.
季节策略：旱季更适合哺乳动物专项监测，雨季适用于全类群普查。
- 4.
标记选择：推荐组合使用多引物以提升检测覆盖率，12S rRNA标记需注意近缘种区分能力有限的问题。
结论与建议
本研究证实eDNA宏条形码可高效监测稀树草原陆生脊椎动物。推荐实践方案包括：优先采用沉积物采样提高操作效率；重点关注旱季哺乳动物监测；至少联合使用两种引物；警惕次级eDNA导致的假阳性。该框架为干旱生态系统的生物多样性保护提供了技术支撑。
