全新环境DNA生物监测理论与方法张效伟 等9787030747327

丛书序

前言

章绪论1

1.1生态环境变化与生物多样危机1

1.2生物监测的需求与现有技术瓶颈1

1.3环境基因组学的发展3

1.4环境DNA开辟生态毒理学研究新时代4

1.4.1评估化学物质生态安全的环境DNA技术策略5

1.4.2环境DNA技术在生态毒理学研究和风险评估中的应用前景6

1.4.3挑战与机遇8

1.5环境DNA监测水生态系统变化与健康状况9

1.5.1环境DNA生物监测技术的原理及应用10

1.5.2跨学科合作潜在机遇14

1.6环境DNA揭示流域空间网络中接近的生物多样结构16

1.6.1为什么要改进生物多样数据？16

1.6.2河流网络18

1.6.3接近生物多样19

1.6.4环境DNA评估生物多样21

1.6.5河流独特的空间网络结构需要特定的工具

1.6.6未来的挑战和路线图

参考文献25

第2章水生态系统生物监测基础理论27

2.1水生态系统与生物多样27

2.1.1水生态系统27

2.1.2水生生物多样27

2.1.3水生态系统服务与功能28

2.1.4环境压力和生物多样丢失29

2.2生物多样形成的理论31

2.2.1生态位理论31

2.2.2中理论32

2..复合群落理论32

2.2.4复合生态系统理论33

.生物多样与态系统功能34

..1生物多样与态系统功能关系34

..2生物多样影响态系统功能36

..生物多样影响态系统稳定37

2.4生物多样测度37

2.4.1目标物种监测37

2.4.2物种丰富度38

2.4.3多样指数39

2.4.4系统发育与功能多样40

2.4.5生态相互作用网络40

2.5水生生物监测方法42

2.5.1水生生物类群42

2.5.2生物监测技术44

2.6水生生物评价45

2.6.1国内外水环境质量监测发展历程45

2.6.2生物监测与生态环境质量评价47

2.6.3传统的生物评价指数48

2.6.4新型的环境DNA生物指数50

参考文献57

第3章环境DNA技术61

3.1环境DNA技术原理61

3.1.1环境DNA来源61

3.1.2DNA条形码61

3.1.3非个体DNA的全生命过程63

3.2基于环境DNA的生物监测64

3.2.1实验设计64

3.2.2环境DNA的采集69

3..环境DNA的提取72

3.2.4靶向监测73

3.2.5群落监测77

3.2.6环境DNA技术的质量控制84

参考文献90

第4章浮游动物群落监测92

4.1引物选择对浮游动物多样监测的影响92

4.1.1不同宏条形码引物对OTUs多样的影响93

4.1.2不同引物检出浮游动物种类差异94

4.1.3不同引物对浮游动物多样的影响95

4.1.4不同引物表征浮游动物的季节差异98

4.2枝角类浮游动物生物量监测98

4.2.1环境DNA宏条形码通用引物和qPCR物种特异引物设计和选择98

4.2.2qPCR物种定量标准方法构建101

4..验环境DNA宏条形码方法定量物种相对丰度102

4.2.4环境DNA宏条形码与qPCR物种定量结果的比较102

参考文献103

第5章浮游植物群落105

5.1环境DNA宏条形码监测浮游植物的技术规范和精准105

5.1.1环境DNA宏条形码监测浮游植物方法的规范105

5.1.2环境DNA宏条形码监测浮游植物的精准107

5.2环境DNA宏条形码监测高原湖泊真核浮游植物多样109

5.2.1环境DNA宏条形码监测滇池和抚仙湖真核浮游植物组成109

5.2.2环境DNA宏条形码和传统形态学监测结果的一致109

5..环境DNA宏条形码揭示生物多样的空间差异111

5.3环境DNA宏条形码揭示长江、太湖等水体连通生态环境效应113

5.3.1河湖连通对浮游植物群落空间分布格局的影响114

5.3.2环境DNA宏条形码技术特点117

5.4小结120

参考文献121

第6章底栖动物群落1

6.1太湖本土底栖动物DNA条形码数据库构建1

6.1.1公共数据库比对1

6.1.2遗传距离分析125

6.1.3系统发育树构建126

6.2环境DNA宏条形码监测太湖底栖动物多样12

6.2.1底栖动物多样监测结果129

6.2.2底栖动物多样监测结果与形态学方法的比对131

6.3环境DNA宏条形码评价太湖底栖动物完整状态134

6.3.1底栖动物完整指数计算134

6.3.2底栖动物完整空间格局137

参考文献141

第7章鱼类群落环境DNA监测142

7.1淡水鱼类环境DNA调查143

7.1.1研究背景143

7.1.2滤膜和采水深度对鱼类环境DNA监测的影响144

7.1.3不同引物对鱼类环境DNA监测的影响144

7.1.4环境DNA和传统调查检出鱼类种类异同146

7.1.5环境DNA和传统监测的鱼类多样指数比较148

7.1.6环境DNA和传统监测的效率和成本对比148

7.2河口与海洋鱼类环境DNA监测150

7.2.1研究背景150

7.2.2河口与海洋鱼类环境DNA监测结果与人类活动影响评价152

7.3环境DNA鱼类监测发展趋势157

参考文献159

第8章两栖动物群落161

8.1两栖动物宏条形码监测引物设计与评估161

8.1.1用于筛选的引物信息162

8.1.2不同引物扩增效果的计算分析163

8.1.3不同引物扩增效果的实验验166

8.1.4不同引物扩增效果评估170

8.1.5实际应用中的引物选择171

8.2环境DNA宏条形码监测两栖动物的准确171

8.2.1各个物种的相对丰度变化172

8.2.2物种相对丰度与生物量的相关关系173

8.3小结175

参考文献176

第9章海洋多营养级水生生物群落177

9.1从细菌到海洋哺乳动物的生物多样监测177

9.2多营养级生物群落分布格局179

9.3多营养级生物群落的生物相互作用网络180

9.4解析造成生物群落分布格局的生态过程181

参考文献183

0章微宇宙试验评估毒害污染物生态群落效应185

10.1Cu2+对生物膜群落效应的微宇宙试验185

10.2生物膜中藻类群落的分类和丰度信息186

10.3Cu2+对海水生物膜中藻类群落的效应189

10.3.1型与耐受型藻类类群在Cu2+的作用下发生显著改变189

10.3.2铜改变生物膜藻类群落的组成、功能和稳定19

10.3.3藻类OTUs数据比传统单物种毒测试数据更加192

参考文献195

1章流域尺度下污染物环境基准与水生态健康状况评价197

11.1基于野外浮游动物群落效应推导太湖流域氨氮环境基准197

11.1.1太湖流域浮游动物群落监测198

11.1.2太湖流域关键环境胁迫因子甄别200

11.1.3基于浮游动物推导太湖流域氨氮环境基准204

11.2基于浮游动物群落环境DNA评估水生态健康状况207

11.2.1多季节浮游动物采样及分析方法209

11.2.2浮游动物宏条形码的太湖水生态健康评价212

参考文献219

2章人类活动驱动的流域生物多样分布格局2

12.1流域多群落时空格局2

12.1.1沙颍河流域微型水生群落组成224

12.1.2环境要素特征分析224

12.1.3物种多样及优势分类单元时空变化227

12.1.4多营养级生物群落结构的景观驱动因素227

12.1.5讨论与小结1

12.2流域生态网络结构及稳定评估1

12.2.1多样数据分析2

12.2.2多营养级群落α和β多样时空变化

12..人类活动简化多营养级群落生态网络5

12.2.4人类活动诱导的多营养级群落稳定变化

12.2.5讨论与小结

1.流域生物多样与态系统功能关系

1..1多样指数

1..2生态系统功能240

1..数据统计分析241

1..4多方面生物多样驱动因素241

1..5生物多样与态系统功能依赖242

1..生物多样与态系统功能的调控路径243

1..讨论与小结244

12.4流域多指标、多层次生态完整评245

12.4.1多维度生态质量评价方法247

12.4.2数据统计分析248

12.4.3多维度生态质量评价结果249

12.4.4讨论与小结255

参考文献255

附录常用引物表257