基于环境DNA和宏分子条码技术的涠洲岛珊瑚礁鱼类多样性研究

Diversity of coral reef fish is an important index about the health of coral reef ecosystem. In recent years, with the intensification of the global climate change and the impact of human activities, a large area of coral reef in the world was degenerating and the biodiversity was reducing seriously. Enhancing the study in coral reef fish diversity had more important significance to maintain the ecological balance of coral reefs. Due to the limitation of the traditional research method, domestic research on diversity of coral reef fish is relatively few. Environmental DNA is the total DNA extracted from environmental samples, and the record about the existence of species in the environment. Using metabarcoding method to interpret the species information of environmental DNA was one way to study on environmental biodiversity, which was widely applied in the ecological research in recent year. In order to provide a scientific basis for the protection and repair of the coral reef ecology of Weizhou Island, and explore new methods to research on coral reef ecology in our country, this project intended to study the panorama of biodiversity in coral reef fish through the analysis of the environmental DNA from the coral reef area of Weizhou Island using the emerging metabarcoding technology.

珊瑚礁鱼类的多样性是珊瑚礁生态系统健康与否的重要指标。近年来随着全球气候变化及人类活动影响加剧，全球珊瑚礁大面积退化，生物多样性缩减。加强珊瑚礁鱼类多样性研究，对维持珊瑚礁生态平衡有更加重要的意义。由于传统研究方法的局限性，国内对珊瑚礁鱼类多样性的研究相对较少。环境DNA是指可以从环境样品中直接提取到的DNA 总和，是环境中物种的存在记录。利用宏分子条形码（Metabarcoding）对环境DNA中的物种信息进行解读，可以对环境中的物种生物多样性进行研究。该方法近年来广泛应用于生态学研究领域中。本项目拟采用新兴的宏分子条形码技术对涠洲岛珊瑚礁海域的环境DNA进行分析，实现对珊瑚礁鱼类多样性的全面研究。为涠洲岛珊瑚礁生态系统的保护和修复提供科学依据，同时为我国珊瑚礁生态学研究探索新的方法。

本项目以环涠洲岛海域多个珊瑚礁分布区为研究区域，采用宏分子条码技术分析涠洲岛海域的环境DNA中的鱼类物种多样性和群体数量信息及时空变化，较全面地开展对涠洲岛珊瑚礁鱼类的多样性研究。从方法学的改进作为突破口，推动珊瑚礁生态系统鱼类多样性研究的理论发展，为涠洲岛珊瑚礁鱼类资源的保护提供科学依据。在此基础上遏制涠洲岛珊瑚礁鱼类及珊瑚礁本身的衰退，推动涠洲岛珊瑚礁生态系统的修复。同时为广西的海洋生物研究培养专业人才提供支持。.本研究建立了一套标准化的珊瑚礁鱼类多样性环境DNA宏分子条码调查方法。分析了涠洲岛珊瑚礁鱼类多样性时空变化趋势、提出保护和修复对策。涠洲岛珊瑚礁鱼类调查共记录到鱼类93种，隶属于9目41科。其中鲈形目鱼类最多，为72种，占77.42%；其次是鲽形目和鲀形目鱼类，均为6种，各占6.45%；鲱形目、金眼鲷目和鲉形目均为2种，各占2.15%，鲻形目、刺尾鱼目和鲼形目均为1种，各占1.08%。该调查结果中监测到的鱼类种类远高于项目组在涠洲岛海域珊瑚礁生态系统中潜水观测到的鱼类种类。.环境DNA监测结果和潜水调查结果均显示涠洲岛珊瑚礁鱼类的种类数量及组成与中国南海其他海域较健康的珊瑚礁生态系统中鱼类多样性情况有较大差异。主要表现在整体数量较少，典型的珊瑚礁鱼类种类较少（如雀鲷科、隆头鱼科种类较少，鹦嘴鱼科种类在环境DNA监测和潜水调查中均未发现）。这其中部分原因是由于涠洲岛纬度较高，全年水温相对较低，珊瑚礁鱼类多样性有自然降低的趋势；更重要的原因是涠洲岛珊瑚礁退化严重，珊瑚礁鱼类缺乏适宜的生境，导致多样性水平下降。因此要提高涠洲岛珊瑚礁鱼类多样性，必须首先修复珊瑚礁生态系统。通过构建人工鱼礁和珊瑚种植的方式，恢复涠洲岛的珊瑚生境，才能随之恢复珊瑚礁鱼类的种群数量。