摘要
实现精准生物监测是守牢美丽中国建设安全底线的需求之一。本文围绕淡水环境DNA（eDNA）的国内外最新研究动态，并结合2025年《湖泊科学》eDNA专刊的八项研究成果，简要综述eDNA技术目前的创新成就、关键挑战与瓶颈及未来发展方向，以期为全域生态安全中的多应用场景提供应对思路。
Abstract
Precise biological monitoring is essential for safeguarding the safety bottom line in building a Beautiful China. Based on state-of-the-art environmental DNA (eDNA) technology and combining eight novel studies in eDNA issue of Journal of Lake Sciences in 2025, this paper provides a brief review of the latest innovations, key challenges and bottlenecks in eDNA technology, and future development directions, with a view to informing multi-application scenarios in the context of global ecological security.
开展生物多样性监测与保护对于全面推进美丽中国建设及人与自然和谐共生的现代化具有重要意义。环境DNA（eDNA）技术通过检测环境样本中的遗传信息，为生物多样性监测与生态保护提供了革命性工具[1-2]。近年来，eDNA技术在研发与应用中取得显著进展，相关研究覆盖淡水、海洋、湿地及城市等生态系统，支撑了《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》（KMBF）目标的实践。本文基于国内外科技研发动态并结合2025年《湖泊科学》本期eDNA专辑发表的8篇论文，初步梳理了我国eDNA技术的创新成就、现存瓶颈及未来发展方向，以期为国内国际水生生物多样性保护与生态环境治理提供新思路。
1 eDNA技术的创新成就
1.1 多场景应用验证了eDNA技术优势
首先，eDNA展示出更灵敏和更广泛的物种检测能力。在淡水生态系统中，对重庆玉滩湖的研究显示，eDNA技术检测鱼类物种数（36种）显著高于传统网具调查（21种），且能揭示河口与湖区的多样性差异[3]。在城市水域生物监测方面，广州市城市河流研究基于eDNA技术识别出139种鱼类，并揭示确定性过程主导群落组装的机制[4]。而在两栖动物监测中，eDNA技术展现出对隐蔽物种的高效检测潜力[5]。其次，eDNA能深入揭示环境健康状态和影响生物的关键因素，在武汉市的湖泊研究中，基于eDNA的鱼类生物完整性指数（F-IBI）成功评估了40.74%采样点的健康状态，为城市湖泊精准治理提供依据[6]。最后，在高原湿地（如贵州草海湿地）研究中，eDNA宏基因组技术解析了人类活动对浮游植物群落的影响，发现总磷是关键驱动因子[7]。在贵州山区河流调查中，eDNA技术检测到89种鱼类，揭示了水体理化指标对鱼类多样性的主导作用[8]。
1.2 多技术融合与标准化探索不断推进eDNA技术的应用领域
首先，在机器学习与eDNA结合方面，武汉市湖泊研究通过eDNA数据构建F-IBI指数，实现水生态健康动态评估[6]；贵州山区河流研究利用聚合增强树（ABT）模型量化水质因子对鱼类多样性的影响[8]。其次，eDNA监测技术的标准化研究也得到了进一步的推动。例如，长江武汉段不同样品重复方式所获得的eDNA监测检出的物种组成差异表明，时间重复和空间重复是大型河流eDNA研究需要着重考虑的参数[9]。围绕抚仙湖开展的浮游动物研究中，eDNA与形态学方法对比验证了COI基因（细胞色素c氧化酶亚基I基因，Cytochrome c oxidase subunit I）测序的季节性分辨率优势，同时提出需完善基因数据库以提升轮虫鉴定精度[10]。此外，国内首套eDNA生物监测与评估技术标准体系于2023年1月4日由中国环境科学学会发布并正式实施，具体包括：《淡水生物DNA条形码构建技术规程》（T/CSES 80—2023）[11]、《淡水生物监测环境DNA宏条形码法》（T/CSES 81—2023）[12]、《基于环境DNA的淡水生物评价技术指南》（T/CSES 82—2023）[13]。2023年9月22日，江苏省还发布了地方环境保护标准《淡水生物环境DNA监测技术方法》（DB32/T4539—2023）[14]，这些工作持续推动了eDNA技术的标准化应用。此外，本土底栖动物标准化条形码数据库（http://cfmlib.njau.edu.cn/）的建成也为推进eDNA技术应用提供了数据基础[15]。
2 关键挑战与瓶颈
2.1 本土物种数据缺乏与方法标准化滞后
本土物种数据缺乏与方法标准化滞后是亟需突破的瓶颈。目前，公共数据库中涉及中国特有物种的数量严重不足。例如，在现有的海洋和淡水条形码数据库中，尤其缺少我国特有珍稀的底栖生物、微生物的条形码数据[16]，这极容易导致在实证研究中eDNA少部分序列的注释错误（如抚仙湖轮虫注释局限[10]）。此外，国内本土物种的条形码数据也存在类群覆盖度较低、不同类群条形码数量不均衡、分子标记不统一等不足[17]。另外，方法标准化的滞后还会导致不同研究在采样、DNA提取和生物信息流程上差异较大，影响结果可比性[18-19]。
2.2 跨部门协作与资源整合不足
首先，生物监测网络仍然碎片化。例如沿海省份在河口区域的eDNA试点（如鸭绿江口、南海、北部湾）[20]尚未形成全国性网络，部门间数据共享机制缺失。其次，专业人才短缺，尤其是复合型技术团队不足，制约eDNA技术从科研向政策应用的转化[21]。
3 未来发展方向
3.1 技术革新与标准化建设
实现eDNA技术的全流程标准化和规范化是将其业务化推广应用的前提[22]，这需要统一采样、保存、分析流程，开发eDNA智能采集装置和监测设备[23]，进一步与人工智能相结合[24]，如利用监督式机器学习进行分子生物指数计算，快速地从海量的宏条形码数据中重建生态网络，提升生物监测效率。此外，还需加快实现数据库本土化并建设“中国生物遗传资源库”，重点补充底栖生物、微生物及濒危物种条形码数据，减少对外部数据库的依赖。
3.2 政策驱动与跨部门协同
对标《美国国家水环境DNA战略》[25]，建议将eDNA纳入“十五五”生态环境科技创新规划，设立国家级科研基金，支持如深海、极地等极端环境下的生物监测技术攻关。同时扩展监测网络，整合环保、海洋、水利部门资源，构建覆盖近海、流域与城市水域的eDNA监测网络，推动数据实时共享。
3.3 公众赋能与国际合作
开发低成本采样工具（如便携式过滤器[26]），动员公众参与生物多样性监测，提升技术普惠性并推广成为便于公民参与的科学项目。同时，鼓励国内科研工作者参与全球治理，深化与西方发达国家eDNA研究者合作，并积极参与“一带一路”沿线国家eDNA能力建设，推动国际标准制定。
总之，我国eDNA技术已从理论探索迈向多场景应用，逐步成为生态环境监测管理、生物多样性保护的成熟工具[27]。未来需以“技术标准化、数据本土化、协作全球化”为战略支点，突破技术瓶颈，完善政策体系，强化国际话语权。通过跨学科融合与公众参与，中国有望引领全球eDNA技术创新，打造生态文明建设与可持续发展科学范式（图1）。
图1eDNA方法在“从山顶到海洋”全域生态安全中的多应用场景（A）及发展中的挑战与未来展望（B）
Fig.1Multi-scenarios of environmental DNA for global ecological security, “from the peak to the ocean” (A) , the emerging challenges and future prospects (B)
