生物芯片技术及其在水体环境生物监测中的应用

水源微生物污染严重威胁着人类的健康。为有效控制水体环境生物安全,水体环境中微生物快速而准确地监测是关键的技术基础之一。生物芯片(biochip)技术是20世纪90年代初期发展起来的一门新兴技术,能迅速检测出水中的微生物。本文阐述了生物芯片的基本概念,对基因芯片技术作了简介。重点叙述了生物芯片技术在水体环境生物监测方面的应用,并就其应用前景作了展望。     

基于环境DNA-宏条形码技术的水生生态系统入侵生物的早期监测与预警

外来生物入侵是继生境破坏后造成生物多样性丧失的第二大威胁因素, 已对入侵地的生态安全、经济和社会发展及人类健康等造成严重负面影响, 成为21世纪五大全球性环境问题之一。作为水产养殖、航运和水生宠物交易大国, 我国水生生态系统的生物入侵问题尤为严重。研究表明, 系统地构建并应用早期监测预警技术是防控水生生态系统生物入侵最有效的途径。和陆生生物相比, 水生生物群落的物种繁多、群落结构复杂、生物形体微小且在入侵初期群体规模极小、隐匿于水下、可用于物种鉴定的外部形态缺乏, 使得在水生生态系统中构建并应用早期监测和预警体系在技术层面更具挑战。随着高通量测序技术的快速发展, 环境DNA-宏条形码技术成为构建水生生态系统入侵生物早期监测与预警技术的首选。本文主要综述了基于环境DNA-宏条形码技术的水生生态系统入侵生物的早期监测与预警技术方法; 解析了环境DNA-宏条形码监测系统的应用现状、技术优势; 着重探讨了影响监测结果准确性的I型和II型错误及其产生原因, 并为避免两类错误提供了可行的优化/改进方案; 最后对该方法在水生入侵生物监测中的应用前景进行了展望。     

环境DNA技术在淡水底栖大型无脊椎动物多样性监测中的应用

环境DNA (eDNA)是指生物有机体在环境中(例如土壤、沉积物或水体)遗留下的DNA片段。eDNA技术是指从环境中提取DNA片段进行测序以及数据分析来反映环境中的物种或群落信息。与传统方法相比, eDNA技术具有高灵敏度、省时省力、无损伤等优点。目前, eDNA技术已成为一种新的水生生物监测方法, 主要应用于水生生物的多样性研究、濒危和稀有动物的物种状态及外来入侵动物扩散动态的监测等。本文从eDNA技术在水生生物多样性监测应用领域的发展历程、eDNA技术的操作流程以及其在监测淡水底栖大型无脊椎动物方面的应用进展、技术优势和局限性五个方面进行了综述。最后, 本文对eDNA技术在淡水底栖大型无脊椎动物多样性监测应用的发展趋势和前景作出展望。     

基于环境DNA-宏条形码技术的底栖动物监测及水质评价研究进展

底栖动物是淡水生态系统中物种多样性最高的类群,也是应用最广泛的水质监测指示生物之一。传统的底栖动物监测以形态学为基础,耗时费力,无法满足流域尺度大规模监测的需求。环境DNA-宏条形码技术是一种新兴的生物监测方法,其与传统方法相比优势在于采样方法简单、低成本、高灵敏度,不受生物样本和环境状况的影响,不依赖分类专家和鉴定资料,能够快速准确地对多个类群进行大规模、高通量的物种鉴定。然而,在实际应用中该方法的效果受诸多因素的影响,不同的方法、流程往往会产生差异较大的结果。鉴于此,着重分析总结了应用环境DNA-宏条形码技术监测底栖动物的关键影响因素,包括样品采集与处理流程、分子标记选择、引物设计、PCR偏好性、参考数据库的完整性及相应的优化。并基于此探讨了提高环境DNA-宏条形码技术在底栖动物监测效率和准确率的途径,以期为底栖动物环境DNA-宏条形码监测方案的制定提供可靠的参考。最后对该技术在底栖动物监测和水质评价中的最新发展方向进行了展望。     

探析我国环境检测中地表水监测中存在的问题及对策

本文阐述了围绕我国环境检测中地表水监测大量存在的问题以及应该采取的措施这两大方面进行探讨,提出地表水监测在环境检测中的重要性,以及对影响我国环境检测中地表水监测的现状及进展进行了深入的研究。     

环境DNA技术在贻贝入侵监测中的应用挑战

沼蛤(Limnoperna fortunei)和斑马贻贝(Dreissena polymorpha)是淡水系统中常见的入侵贻贝物种,对其种群规模的持续监测是入侵贻贝防治管控中的关键环节。随着分子生物学技术的发展,入侵物种监测中逐渐尝试利用环境DNA(eDNA)技术实现快速、灵敏检测。然而,在入侵物种引入-定植-扩散过程的监测中,eDNA技术的灵敏度及定量效果受到诸多因素的影响,给实际应用带来挑战。系统梳理了国内外学者利用eDNA技术监测沼蛤、斑马贻贝等入侵物种的研究进展;分析了eDNA技术的采样方案、引物设计、定量分析、质量保证、原位便携仪器设计等影响监测效率与准确率的关键环节;进一步探讨了eDNA技术在贻贝入侵监测中的优势和局限性,以及未来的改进方向。     

环境DNA技术在鱼类生态学中的应用研究进展

全球渔业衰退是21世纪人类面临的重要挑战之一。为了有效地遏制鱼类资源的衰退,精确的鱼类生态调查是其首要任务。传统的鱼类监测以渔获物采集与形态学鉴定为主,往往耗时耗力且效果不佳,已无法满足现阶段大尺度上的精确调查。环境DNA （eDNA）技术作为一种近年来新兴的鱼类生态调查方法,其与传统方法相比具有灵敏度高、经济高效、采样受限小且对生态系统无干扰的优势,目前其已被广泛地应用于鱼类物种监测、多样性调查、生物量评估以及繁殖活动监测等方面的研究。然而,eDNA技术在鱼类生态学研究的具体应用中暴露出的一些问题将会影响其监测结果的精确性,诸如操作流程的不规范、基因数据库的不完善以及eDNA在环境中生态学过程的不明确等。鉴于上述原因,首先对eDNA技术的发展历程、分析流程以及eDNA技术在鱼类生态学研究领域中的研究进展进行了综述,而后着重分析了eDNA技术的发展当前所面临的困难与挑战,并提出了相应的解决方案,最后对eDNA技术未来在鱼类生态学研究领域中的发展趋势做出了展望。通过本研究,以期能够为eDNA技术在鱼类生态学领域中的准确应用提供理论基础。     

利用蚕豆根尖微核试验监测遗爱湖水体遗传毒性的研究

20世纪80年代以来,微核技术已开始应用监测环境各个方面,90年代以后,进行环境水体监测研究的有陈建军等,均取得了一定成绩。作者以此技术对古城黄州东坡赤壁附近的遗爱湖水质进行首次的直接检测和研究。有关数据将为治理遗爱湖提供有关参考,也对将要开发利用遗爱湖资源和旅游景点具有可持续性发展意义。       

微型生物群落eDNA-PFU监测

微型生物群落在水生态系统中起着至关重要的作用, 是水生态系统食物链的关键环节, 其结构和功能可以很好地反映不同生境的水质特征。《水质 微型生物群落监测 PFU法》是我国首个生物监测国家标准, 被证明是一种快速、经济、准确的监测方法。然而, 由于PFU法对专业知识要求较高、费时耗力且不易标准化, 严重阻碍了该方法进一步的推广与应用。近年来, 环境DNA(eDNA)技术的快速发展突破了微型生物形态鉴定的瓶颈, 能高效、准确地鉴定出水环境中包括微型生物在内的各种水生生物。为此, 文章提出微型生物群落eDNA-PFU法, 即基于eDNA技术改进的PFU法, 对微型生物群落进行监测。为了对eDNA-PFU法进行验证, 文章针对武汉东湖水体中的原生动物群落开展了预实验, 结果表明eDNA-PFU法较传统PFU法覆盖度与灵敏度均更高, 可以真实、全面、准确地揭示水体中微型生物群落结构特征。因此, 基于eDNA-PFU法的微型生物群落监测有望为湖泊、河流、水库等水体的生态考核提供新一代的生物监测标准。     

浒苔遥感监测研究进展

浒苔大规模集聚形成的绿潮灾害是海洋生态系统主要生态环境问题之一,基于卫星遥感影像监测浒苔及其扩展动态已成为一种及时有效的手段。对国内外浒苔遥感监测方面文献进行归纳整理,认为光学遥感数据、多波段比值法是最常用的遥感数据和监测方法。对遥感监测浒苔机理进行了阐述,并对分类方法进行评价认为监督分类法解译精度不高。目前单波段阈值法和多波段比值法应用广泛,但在监测漂浮浒苔和混合象元解译存在不足。辐射传输模型法能有效提高信息解译的精度,但还处于起步阶段。遥感监测浒苔灾害的未来发展需要提高影像空间分辨率,深入研究监测方法,进行多种平台和多源遥感数据相结合,并由定性走向定量,从而建立健全遥感监测预警系统。     

一种监测水质污染的方法—植物根尖小核法

对环境进行有效而准确的监测,是世界各国特别是工业发达的国家的重要研究课题之一。目前有多种监测手段,其中生物监测可直接反映出污染对生物的影响,而植物是生物监测中的主力军。现简介一种利用植物细胞分裂时,受到环境影响发生变化的情况,来监测水质(或土壤)污染程度的实验,即植物根尖小核(简称MCN)技术监测水质污染。     

基于数字模型的烟草主要病害预测技术研究进展

随着现代数字技术的发展,数字模型预测技术正成为破解烟草主要病害预防的关键,目前在烟草病害监测预警方面已有一些专用的软件与技术,但由于烟草生产种植的复杂性和地区环境条件的差异性,如何提高数据的精准度仍是预测工作的重难点.因此本文综述了近年来科研工作者在烟草主要病害预测模型中主导预报因子的筛选及数据处理方法的研究进展,提出了烟草病害预测模型面临的主要挑战,同时指出烟草病害监测信息化的未来发展趋势,以期为烟草病害防控数字化转型提供思路和方法.     

变性梯度凝胶电泳在环境微生物生态学中的应用

PCR-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)具有可靠性强、重复性好、方便快捷等优点,已被广泛应用于环境生态学中微生物群落多样性、动态性分析和功能细菌的跟踪。本文综述了PCR-DGGE技术的基本原理,不同DNA提取方法的比较,不同PCR方式的比较及其在环境生态学中研究微生物群落多样性、环境中微生物群落变化的动态监测、硝化菌-反硝化菌和硫酸还原菌(SRB)的动态分析和监测等领域中的应用,并对该技术自身存在的局限性和应用前景进行了评价。     

中国两栖爬行动物多样性监测进展与展望

两栖爬行动物是良好的环境指示类群,容易受到环境变化的影响,目前正经历着全球范围的种群快速下降和物种灭绝。最新的《中国脊椎动物红色名录》评估发现, 37.05%的两栖动物和30.5%的爬行动物受到威胁。开展国家级科学监测,研究和分析两栖爬行动物多样性变迁及其驱动因素是保护的前提。作为中国生物多样性监测与研究网络的重要组成部分,两栖爬行动物监测与研究专项网通过对11个典型样区中两栖爬行动物的组成、种群动态和结构进行长期监测和研究,将野外数据与生态模型相结合,探讨两栖爬行动物的种群现状、群落结构及其动态,以及针对我国两栖爬行动物应对未来环境变化提出及时有效的保护管理对策。在两栖爬行动物多样性研究、极危两栖动物中国大鲵(Andrias davidianus)和濒危两栖动物大凉螈(Liangshantriton taliangensis)的保护、环境DNA (eDNA)技术和无线电追踪技术开拓与应用、荒漠化生境对爬行动物的生态影响、外来入侵种的扩展机制等方面取得了重要进展,明显提升了中国两栖爬行动物监测能力和研究水平。未来尚需持续加大监测网络建设,普及先进监测技术,从法律法规层面强调两栖爬行动物...     

环境耐药组及其健康风险的宏基因组学研究策略和方法

抗生素耐药性在环境中的发展和传播对人体健康造成潜在风险。随着高通量测序技术和生物信息学方法的不断发展,宏基因组学技术被广泛应用于不同环境样本的抗生素耐药组研究。本文介绍了两种针对环境耐药组筛查的宏基因组学分析方法,总结了当前主流的生物信息学软件和数据库,并阐述了环境耐药组的风险评估框架和基于宏基因组学技术的相关实践,以期为环境耐药组的监测、风险评估和管控提供可行的路线图。     

FISH技术在微生物生态学中的研究及进展*

分子生物学技术在微生物生态学研究中具有灵敏、精确和快速的优势,但不能提供微生物的形态学、数量性状、空间分布等信息。荧光原位杂交技术结合了分子生物学的精确性和显微镜的可视性信息,可以在自然生境中监测和鉴定不同的微生物个体,尤其是对难培养和未被培养的微生物进行检测。荧光原位杂交技术被广泛用于微生物群落结构诊断和评价,现已成为微生物分子生态学研究中的热点技术。对荧光原位杂交技术的发展和在微生物分子生态学中的应用进行了综述,探讨了该技术应用中存在的问题和发展前景。     

中国河流水生生物群落结构特征探讨

中国学者自20世纪50年代起开展了局部河流或河段鱼类饵料生物资源的调查工作,自20世纪70年代末起又从生物学角度监测和评价了若干河流的水质,国家环保局也于1986年规定在全国20个城市推广水环境的生物监测,并建议监测种生物群落1。这些工作为在流域及更大范围内开展河流生态学研究积累了资料。但由于技术力量薄弱和经费严重不足,河流生物监测工作在我国还没有很好地进行,至今仍缺乏对我国河流水生生物群落结构特征的全面了解。       

转基因植物环境安全评价策略

构建完善的转基因植物环境安全评价技术体系是保障转基因生物产业健康发展的重要组成部分。本文综述了转基因植物环境安全评价技术发展历程与趋势,归纳了转基因植物环境安全评价的思路与内容。转基因植物环境安全评价应分为潜在风险分析、风险假设验证、风险特征描述等3个步骤,并采用逐层评价模式;安全评价应贯穿转基因植物新品种研发与产业化全程,包括应用前预测、研发中筛选、推广前评价、推广后监测。此外,基于科学性和个案分析原则,本文对复合性状、非生物胁迫抗性等新型转基因植物环境安全评价策略进行了探讨。     

基因工程微生物的环境监测及生物防御体系研究进展

随着生物技术的发展, 研究人员构建出了大量具有特定功能的基因工程微生物, 这些基因工程微生物在实际应用时常受到限制, 因为它们释放到环境中有可能带来新的污染。为了减少或消除其对环境的潜在危害, 有必要采取措施对这些基因工程微生物进行监测和安全控制。通常要求这类基因工程微生物带有便于监测的检测标记以及能进行自消亡的主动生物防御体系。对基因工程微生物的检测标记以及主动生物防御体系的研究现状进行了综述。     

分子生物学技术在环境微生物监测中的应用

随着环境生物学的发展,对环境中复杂的混合微生物群落进行及时监测和准确鉴定变得越来越重要。但是传统的研究方法因为检测速度慢、准确性差等缺点,在某种程度上已经不适应于这方面的研究;而以ＰＣＲ（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）技术为主的一些分子生物学技术因具有快速、灵敏的特点,正被越来越多的人所采用。目前,这些分子生物学技术已能在ｒＤＮＡ测序和有关结构基因分析的基础上监测和定量复杂的混合微生物群落中的一些特殊的微生物,而且其中许多技术都是在ＰＣＲ扩增的基础上来检测混合微生物群落中原本…