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什么是环境DNA？

环境DNA（eDNA）是指可以从环境样品（如土壤、水、粪便或空气）中提取的基因组DNA，而无需事先分离任何目标生物。

自然界中的生物每时每刻都在与周围的环境发生着能量与物质的交换，在这个过程中，生物体的DNA信息也会扩散到环境中，并在环境介质中停留一段时间。在自然界中环境DNA量的变化是一个动态过程，不断产生的同时也不断的降解，但也有如化石一样能长久存在的古环境DNA。环境DNA技术就是利用各种分子生物学技术（如PCR技术等）对这些环境中的DNA进行定性或定量分析的方法，在生物多样性调查、物种监测、动物食性分析及外来入侵物种检测等方面都有较好的应用前景。

环境DNA分析简史

1987 年首次报道了关于从沉积物中提取环境DNA 的操作规程。仅3 年之后，第一篇关于DNA 宏条形码的研究公开发表。这项开创性工作使用PCR 和克隆技术分析了马尾藻海浮游细菌16S rRNA 基因的多样性。宏基因组学的研究始于1998 年，通过对土壤环境DNA 片段的克隆和测序来确定未培养微生物中生物活性分子合成的新途径。

21 世纪初，基于克隆的宏基因组学和DNA 宏条形码技术在微生物领域中应用变得司空见惯。2003 年，第一篇专注于大型生物DNA 宏条形码的研究表明，从永久冻土中提取巨型动物（猛犸象、野牛、马）和古植物的DNA，以及从洞穴沉积物中提取已灭绝的平胸恐鸟的DNA 是可行的。

2005 年以后，新一代测序技术应运而生，昂贵且耗时的克隆步骤不再必要，这进一步促进了宏条形码和宏基因组学技术的发展。到21 世纪第一个十年末，DNA 宏条形码的应用逐步扩展到大型生物，包括用粪便中的DNA 首次进行食性分析以及对水和土壤中的环境DNA 进行研究。最近，在淡水大型生物环境DNA 研究方面发表了较多文章。同时，环境DNA 在土壤大型生物方面的研究必将在不久的将来得到广泛使用。

环境DNA的研究方法

环境DNA包含生态系统中各类生物的大量信息，近年来其运用于生物多样性调查方面的技术发展迅速，因快速、高通量等特点在构建生物多样性监测网络中有着巨大优势。同时，分析环境DNA样品方法比传统的调查生物多样性方法更为方便、更易标准化，这也给公众参与生物多样性保护提供了更为便捷的途径。生物多样性调查所使用的环境DNA方法是宏条形码技术，主要是利用生物体内一段标准的、有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段对物种进行快速鉴定。简单来说，它的工作原理类似于超市扫描仪读取通用产品代码（UPC）的条形码标签，并根据数据库中的信息识别商品。

具有侧翼保守序列的可变宏条形码示例图

法国的科学家P.塔贝莱等人在2018年编写了Environmental DNA for Biodiversity Research and Monitoring一书，作为一部系统介绍环境DNA的工具书，在梳理总结环境DNA的概念及其技术发展的基础之上，按照研究和监测的规范化程序，详细介绍了宏条形码选择、引物设计、采样、DNA提取、扩增、测序以及数据分析等主要技术内容，并围绕淡水生态系统、海洋生态系统、陆地生态系统、古环境、食性分析等方面阐述了研究应用情况，提出了未来的发展方向和需要重点解决的技术问题。本书的特色是在深入浅出地介绍环境DNA的同时，以研究和监测目标为导向，启发读者对环境DNA监测、研究、应用及技术发展的进一步思考。

国内一群从事生物生态监测的技术人员，在工作中接触、使用环境DNA技术，并有幸阅读了此书，他们凭借对相关工作的经验和对生物多样性监测的热情，翻译了这本书。译者们认为本书可以让国内同行熟悉环境DNA的相关知识，了解环境DNA技术在生物多样性研究和监测中的历史、现状、发展及展望，以期对后续工作和研究有所裨益。

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