目錄
叢書序
前言
第1章　緒論　1
1.1　生態(tài)環(huán)境變化與生物多樣性危機(jī)　1
1.2　生物監(jiān)測的需求與現(xiàn)有技術(shù)瓶頸　1
1.3　環(huán)境基因組學(xué)的發(fā)展　3
1.4　環(huán)境DNA開辟生態(tài)毒理學(xué)研究新時(shí)代　4
1.4.1　評(píng)估化學(xué)物質(zhì)生態(tài)安全的環(huán)境DNA技術(shù)策略　5
1.4.2　環(huán)境DNA技術(shù)在生態(tài)毒理學(xué)研究和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用前景　6
1.4.3　挑戰(zhàn)與機(jī)遇　8
1.5　環(huán)境DNA監(jiān)測水生態(tài)系統(tǒng)變化與健康狀況　9
1.5.1　環(huán)境DNA生物監(jiān)測技術(shù)的原理及應(yīng)用　10
1.5.2　跨學(xué)科合作潛在機(jī)遇　14
1.6　環(huán)境DNA揭示流域空間網(wǎng)絡(luò)中完全的生物多樣性結(jié)構(gòu)　16
1.6.1　為什么要改進(jìn)生物多樣性數(shù)據(jù)？　16
1.6.2　河流網(wǎng)絡(luò)　18
1.6.3　完全生物多樣性　19
1.6.4　環(huán)境DNA評(píng)估生物多樣性　21
1.6.5　河流獨(dú)特的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要特定的工具　23
1.6.6　未來的挑戰(zhàn)和路線圖　23
參考文獻(xiàn)　25
第2章　水生態(tài)系統(tǒng)生物監(jiān)測基礎(chǔ)理論　27
2.1　水生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性　27
2.1.1　水生態(tài)系統(tǒng)　27
2.1.2　水生生物多樣性　27
2.1.3　水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與功能　28
2.1.4　環(huán)境壓力和生物多樣性丟失　29
2.2　生物多樣性形成的理論　31
2.2.1　生態(tài)位理論　31
2.2.2　中性理論　32
2.2.3　復(fù)合群落理論　32
2.2.4　復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論　33
2.3　生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能　34
2.3.1　生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系　34
2.3.2　生物多樣性影響生態(tài)系統(tǒng)功能　36
2.3.3　生物多樣性影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性　37
2.4　生物多樣性測度　37
2.4.1　目標(biāo)物種監(jiān)測　37
2.4.2　物種豐富度　38
2.4.3　多樣性指數(shù)　39
2.4.4　系統(tǒng)發(fā)育與功能多樣性　40
2.4.5　生態(tài)相互作用網(wǎng)絡(luò)　40
2.5　水生生物監(jiān)測方法　42
2.5.1　水生生物類群　42
2.5.2　生物監(jiān)測技術(shù)　44
2.6　水生生物評(píng)價(jià)　45
2.6.1　國內(nèi)外水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測發(fā)展歷程　45
2.6.2　生物監(jiān)測與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)　47
2.6.3　傳統(tǒng)的生物評(píng)價(jià)指數(shù)　48
2.6.4　新型的環(huán)境DNA生物指數(shù)　50
參考文獻(xiàn)　57
第3章　環(huán)境DNA技術(shù)　61
3.1　環(huán)境DNA技術(shù)原理　61
3.1.1　環(huán)境DNA來源　61
3.1.2　DNA條形碼　61
3.1.3　非個(gè)體DNA的全生命過程　63
3.2　基于環(huán)境DNA的生物監(jiān)測　64
3.2.1　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)　64
3.2.2　環(huán)境DNA的采集　69
3.2.3　環(huán)境DNA的提取　72
3.2.4　靶向監(jiān)測　73
3.2.5　群落監(jiān)測　77
3.2.6　環(huán)境DNA技術(shù)的質(zhì)量控制　84
參考文獻(xiàn)　90
第4章　浮游動(dòng)物群落監(jiān)測　92
4.1　引物選擇對(duì)浮游動(dòng)物多樣性監(jiān)測的影響　92
4.1.1　不同宏條形碼引物對(duì)OTUs多樣性的影響　93
4.1.2　不同引物檢出浮游動(dòng)物種類差異　94
4.1.3　不同引物對(duì)浮游動(dòng)物多樣性的影響　95
4.1.4　不同引物表征浮游動(dòng)物的季節(jié)差異　98
4.2　枝角類浮游動(dòng)物生物量監(jiān)測　98
4.2.1　環(huán)境DNA宏條形碼通用引物和qPCR物種特異性引物設(shè)計(jì)和選擇　98
4.2.2　qPCR物種定量標(biāo)準(zhǔn)方法構(gòu)建　101
4.2.3　驗(yàn)證環(huán)境DNA宏條形碼方法定量物種相對(duì)豐度　102
4.2.4　環(huán)境DNA宏條形碼與qPCR物種定量結(jié)果的比較　102
參考文獻(xiàn)　103
第5章　浮游植物群落　105
5.1　環(huán)境DNA宏條形碼監(jiān)測浮游植物的技術(shù)規(guī)范和精準(zhǔn)性　105
5.1.1　環(huán)境DNA宏條形碼監(jiān)測浮游植物方法的規(guī)范　105
5.1.2　環(huán)境DNA宏條形碼監(jiān)測浮游植物的精準(zhǔn)性　107
5.2　環(huán)境DNA宏條形碼監(jiān)測高原湖泊真核浮游植物多樣性　109
5.2.1　環(huán)境DNA宏條形碼監(jiān)測滇池和撫仙湖真核浮游植物組成　109
5.2.2　環(huán)境DNA宏條形碼和傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)監(jiān)測結(jié)果的一致性　109
5.2.3　環(huán)境DNA宏條形碼揭示生物多樣性的空間差異　111
5.3　環(huán)境DNA宏條形碼揭示長江、太湖等水體連通生態(tài)環(huán)境效應(yīng)　113
5.3.1　河湖連通對(duì)浮游植物群落空間分布格局的影響　114
5.3.2　環(huán)境DNA宏條形碼技術(shù)特點(diǎn)　117
5.4　小結(jié)　120
參考文獻(xiàn)　121
第6章　底棲動(dòng)物群落　123
6.1　太湖本土底棲動(dòng)物DNA條形碼數(shù)據(jù)庫構(gòu)建　123
6.1.1　公共數(shù)據(jù)庫比對(duì)　123
6.1.2　遺傳距離分析　125
6.1.3　系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建　126
6.2　環(huán)境DNA宏條形碼監(jiān)測太湖底棲動(dòng)物多樣性　128
6.2.1　底棲動(dòng)物多樣性監(jiān)測結(jié)果　129
6.2.2　底棲動(dòng)物多樣性監(jiān)測結(jié)果與形態(tài)學(xué)方法的比對(duì)　131
6.3　環(huán)境DNA宏條形碼評(píng)價(jià)太湖底棲動(dòng)物完整性狀態(tài)　134
6.3.1　底棲動(dòng)物完整性指數(shù)計(jì)算　134
6.3.2　底棲動(dòng)物完整性空間格局　137
參考文獻(xiàn)　141
第7章　魚類群落環(huán)境DNA監(jiān)測　142
7.1　淡水魚類環(huán)境DNA調(diào)查　143
7.1.1　研究背景　143
7.1.2　濾膜和采水深度對(duì)魚類環(huán)境DNA監(jiān)測的影響　144
7.1.3　不同引物對(duì)魚類環(huán)境DNA監(jiān)測的影響　144
7.1.4　環(huán)境DNA和傳統(tǒng)調(diào)查檢出魚類種類異同　146
7.1.5　環(huán)境DNA和傳統(tǒng)監(jiān)測的魚類多樣性指數(shù)比較　148
7.1.6　環(huán)境DNA和傳統(tǒng)監(jiān)測的效率和成本對(duì)比　148
7.2　河口與海洋魚類環(huán)境DNA監(jiān)測　150
7.2.1　研究背景　150
7.2.2　河口與海洋魚類環(huán)境DNA監(jiān)測結(jié)果與人類活動(dòng)影響評(píng)價(jià)　152
7.3　環(huán)境DNA魚類監(jiān)測發(fā)展趨勢　157
參考文獻(xiàn)　159
第8章　兩棲動(dòng)物群落　161
8.1　兩棲動(dòng)物宏條形碼監(jiān)測引物設(shè)計(jì)與評(píng)估　161
8.1.1　用于篩選的引物信息　162
8.1.2　不同引物擴(kuò)增效果的計(jì)算分析　163
8.1.3　不同引物擴(kuò)增效果的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證　166
8.1.4　不同引物擴(kuò)增效果評(píng)估　170
8.1.5　實(shí)際應(yīng)用中的引物選擇　171
8.2　環(huán)境DNA宏條形碼監(jiān)測兩棲動(dòng)物的準(zhǔn)確性　171
8.2.1　各個(gè)物種的相對(duì)豐度變化　172
8.2.2　物種相對(duì)豐度與生物量的相關(guān)關(guān)系　173
8.3　小結(jié)　175
參考文獻(xiàn)　176
第9章　海洋多營養(yǎng)級(jí)水生生物群落　177
9.1　從細(xì)菌到海洋哺乳動(dòng)物的生物多樣性監(jiān)測　177
9.2　多營養(yǎng)級(jí)生物群落分布格局　179
9.3　多營養(yǎng)級(jí)生物群落的生物相互作用網(wǎng)絡(luò)　180
9.4　解析造成生物群落分布格局的生態(tài)過程　181
參考文獻(xiàn)　183
第10章　微宇宙試驗(yàn)評(píng)估毒害污染物生態(tài)群落效應(yīng)　185
10.1　Cu2+對(duì)生物膜群落效應(yīng)的微宇宙試驗(yàn)　185
10.2　生物膜中藻類群落的分類和豐度信息　186
10.3　Cu2+對(duì)海水生物膜中藻類群落的效應(yīng)　189
10.3.1　敏感型與耐受型藻類類群在Cu2+的作用下發(fā)生顯著改變　189
10.3.2　銅改變生物膜藻類群落的組成、功能和穩(wěn)定性　189
10.3.3　藻類OTUs數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)單物種毒性測試數(shù)據(jù)更加敏感　192
參考文獻(xiàn)　195
第11章　流域尺度下污染物環(huán)境基準(zhǔn)與水生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià)　197
11.1　基于野外浮游動(dòng)物群落效應(yīng)推導(dǎo)太湖流域氨氮環(huán)境基準(zhǔn)　197
11.1.1　太湖流域浮游動(dòng)物群落監(jiān)測　198
11.1.2　太湖流域關(guān)鍵環(huán)境脅迫因子甄別　200
11.1.3　基于敏感浮游動(dòng)物推導(dǎo)太湖流域氨氮環(huán)境基準(zhǔn)　204
11.2　基于浮游動(dòng)物群落環(huán)境DNA評(píng)估水生態(tài)健康狀況　207
11.2.1　多季節(jié)浮游動(dòng)物采樣及分析方法　209
11.2.2　浮游動(dòng)物宏條形碼的太湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)　212
參考文獻(xiàn)　219
第12章　人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的流域生物多樣性分布格局　223
12.1　流域多群落時(shí)空格局　223
12.1.1　沙潁河流域微型水生群落組成　224
12.1.2　環(huán)境要素特征分析　224
12.1.3　物種多樣性及優(yōu)勢分類單元時(shí)空變化　227
12.1.4　多營養(yǎng)級(jí)生物群落結(jié)構(gòu)的景觀驅(qū)動(dòng)因素　227
12.1.5　討論與小結(jié)　231
12.2　流域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性評(píng)估　231
12.2.1　多樣性數(shù)據(jù)分析　232
12.2.2　多營養(yǎng)級(jí)群落α和β多樣性時(shí)空變化　233
12.2.3　人類活動(dòng)簡化多營養(yǎng)級(jí)群落生態(tài)網(wǎng)絡(luò)　235
12.2.4　人類活動(dòng)誘導(dǎo)的多營養(yǎng)級(jí)群落穩(wěn)定性變化　236
12.2.5　討論與小結(jié)　236
12.3　流域生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系　238
12.3.1　多樣性指數(shù)　238
12.3.2　生態(tài)系統(tǒng)功能　240
12.3.3　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析　241
12.3.4　多方面生物多樣性驅(qū)動(dòng)因素　241
12.3.5　生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能依賴性　242
12.3.6　生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能的調(diào)控路徑　243
12.3.7　討論與小結(jié)　244
12.4　流域多指標(biāo)、多層次生態(tài)完整性評(píng)價(jià)　245
12.4.1　多維度生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法　247
12.4.2　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析　248
12.4.3　多維度生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果　249
12.4.4　討論與小結(jié)　255
參考文獻(xiàn)　255
附錄　常用引物表　257