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“生物多樣性湯”二代來襲 占領生物多樣性監測高地
2021年09月15日 15:05:15
來源：化工儀器網 作者：江魚 點擊量：8620
近日，中國科學院昆明動物研究所俞維理研究員及其團隊改進了快速監測生物多樣性的高質量條形碼技術，該項結果以《生物多樣性湯II：更低錯誤率的高通量條形碼流程》為名發表在國際期刊《生態學與進化方法》。
【化工儀器網 項目成果】 我國是生物多樣性豐富大國之一。據國家林業和草原局統計，我國目前各類保護地總數達1.18萬個，占陸域國土面積的18%、領海的4.1%。自然分布的野生動物中，脊椎動物約7300余種，其中獸類564種、兩棲類416種、鳥類1445種、爬行類463種，其余為魚類；已定名昆蟲約13萬種；高等植物3萬多種，其中特有植物種類約1.7萬余種。面對豐富物種，實時生物監測非常有必要。生物多樣性監測是在時間尺度上對生物多樣性的反復編目，從而確定其變化。它不僅了解生物多樣性情況和生態分區范圍，還在保護生物多樣性、評價環境影響等問題上提供有效數據。
近日，中國科學院昆明動物研究所俞維理研究員及其團隊改進了快速監測生物多樣性的高質量條形碼技術，該項結果以《生物多樣性湯II：更低錯誤率的高通量條形碼流程》為名發表在國際期刊《生態學與進化方法》。
其實早在2012年，俞維理研究員及其團隊對區域內昆蟲給樣本的混合DNA測序，實現了對該區域的生物多樣性編目和監測，并將“生物多樣性湯”這一高通量條形碼技術流程的研究論文發表在國家期刊《生態學與進化方法》。如今通過優化多個環節，生物多樣性監測技術又上一個臺階，“生物多樣性湯”二代來臨。
高通量測序技術監測 獲取大量生物數據
“生物多樣性湯”是一種高通量測序技術的新穎的生物多樣性監測手段，可以同時分析大量的混合性生物樣本，獲取地面生物多樣性數據。
每種生物都含有DNA，任意的DNA碎片都可以被用于生物物種鑒定，進而實現生物監測。“生物多樣性湯”即利用分子手段和測序技術分析混合生物的DNA樣本，還原物種信息及多樣性特征，包括α多樣性指數、β多樣性指數等。
“生物多樣性湯”助力下，研究人員探究云南自然保護區內不同海拔段內蛾類的生物多樣性，其結果可顯示出蛾類的群落組成隨海拔和采樣層次的變化趨勢。不僅如此，“生物多樣性湯”還能分析真菌多樣性對朽木分解的影響：真菌種類越多，朽木的二氧化碳釋放速率越低，朽木腐朽得更慢。
降低高昂數據成本 推進多學科共發展
目前來說，生物多樣性監測包括群落內多樣性、群落間多樣性指數、異地同類生境指數監測。監測手段多以人工、儀器、基因技術監測。例如利用紅外觸發相機，清晰監測獸類和地面活動鳥類，錄音機自動采集鳥類的叫聲，通過聲景分析，鑒定生物種類、評估多樣性。又如，分子-組學技術不在生物多樣性監測中的應用廣泛。宏基因組學方法是土壤微生物鑒定和監測的常用方法。土壤動物形態難以鑒定、耗時較長，將常規形態鑒定與分子技術相結合會對土壤動物多樣性，起到一定推動作用。
這些傳統監測手段耗費大量人工、儀器等多個項目成本。況且，由于其采樣和分類規模浩大，研究被限制在針對性較強、較小的區域且難以復制。因此，保護學者和環境管理者們往往只能利用有限的數據來進行決策。
與傳統監測性比，“生物多樣性湯”技術憑借其快速、高效、監測范圍廣的特點，通過高通量技術，實現了大尺度上復制和檢驗，監測成本大幅減少，可以同時分析大量混合樣本，獲得準確的生物多樣性數據，高速、高效提供第三方檢驗數據，加強監測環境變化指數和瀕危物種的狀況。
“生物多樣性湯”推動生物監測逐漸從形態學、細胞學、生理生化發展到分子，深刻揭示遺傳物質的遺傳、變異情況。該種技術逐漸被多國自然保護管理部門納入其日常監測工作中，改進實驗設計和生物信息學分析流程，降低錯誤率、提高運算速率。此外，“生物多樣性湯”不僅讓生物多樣性本身的變化受到關注，而且將人們的視線延伸到影響生物多樣性的因素如氣候變化、土地利用、環境污染等，并為相關學科如農學、林學、漁業學、土壤學等提供大量的資料。
構建多維監測體系 解決兩大難題
目前，生物多樣性調查、評估與監測是獲得生物多樣性數據的主要手段，也是開展生物多樣性保護的前提。但目前大量獲取物種信息仍是一個難題。
技術讓生物多樣性監測邁向新紀元。生物監測通過天空地一體化，建立三維監測系統，多方位監測生物多樣性，高效地獲取地面精細的生物多樣性信息。該系統恰好解決了如何快速獲取地面精細的生物多樣性信息，如何將高通量的生物多樣性信號與遙感信號銜接兩個問題。
該三維監測系統包括遙感技術、地理信息系統和全球定位系統，以及無人機近地面遙感技術等。大尺度上以衛星遙感為主，小尺度上以近地面遙感為主，包括利用高光譜、多光譜儀、激光雷達采集數據。近地面遙感技術快速推廣得益于無人機廣泛使用。
衛星遙感、地面人工觀測和調查結合，主要用于整改生態系統，而近地面遙感與人工觀測結合，用于動植物個體。多維遙感數據和高精地面數據相連接，構建用于監測生物多樣性的體系框架。
該體系提供研究區域長時間跨度、多空間尺度的生物多樣性數據。目前，研究團隊將衛星、近地面遙感與“生物多樣性湯”技術相結合，構建“天空地一體化”探索和應用研究。
未來，依托“生物多樣性湯”以及三維體系，將推動我國生物多樣性監測進程，助力我國盡早占領生物多樣性監測的前沿高地。
(資料來源：科技日報)
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