空气传播环境DNA检测技术在集装箱走私狮皮识别中的可行性研究

《Frontiers in Conservation Science》：Assessing the viability of airborne environmental DNA detection for identifying trafficked lion pelts (Panthera leo) in a containerised environment

　　本文创新性地评估了空气传播环境DNA（eDNA）检测技术在集装箱环境中识别走私狮皮（Panthera leo）的可行性。研究通过定制化空气提取装置，结合等离子体聚合物涂层滤膜（HEPA F7）技术，在密闭空间和标准集装箱内进行采样。结果显示，尽管所有滤膜均能捕获空气eDNA，但仅丙烯酸（AAc）和1,7-辛二烯（OD）涂层滤膜在近距离采样时可检测到狮科线粒体DNA（mtDNA）。研究表明当前技术仍需优化PCR灵敏度（如qPCR/dPCR）和采样策略，才能满足海关执法中对濒危物种走私非侵入式检测的实际需求。

　　

引言：野生动物非法贸易对濒危物种保护构成严重威胁，其中狮（Panthera leo）因皮毛、骨骼等衍生物贸易导致其IUCN保护 status 降至"易危"。传统集装箱检测技术（如X射线）对有机物品识别有限，而环境DNA（eDNA）技术为非侵入式检测提供新思路。本研究首次探索利用空气传播eDNA检测集装箱内隐藏狮皮的可行性，并评估等离子体聚合物涂层滤膜对痕量DNA的捕获效能。

材料与方法：实验采用三张成年非洲狮皮（来源：南澳大利亚动物园），通过定制3D打印空气提取装置（含USB风扇和高压鼓风机）在四种配置下采样：密闭存储空间（config. 1）、空集装箱（config. 2，阴性对照）、集装箱内距狮皮30cm处（config. 3）及集装箱外通风口混合通风模式（config. 4）。使用HEPA F7滤膜并辅以三种等离子体聚合物涂层（亲水性AAc、POx和疏水性OD），通过射频等离子体反应器生成约30nm厚涂层。DNA提取采用DNeasy Blood and Tissue Kit，并通过物种特异性引物（靶向152bp mtDNA片段）进行常规PCR验证。

结果：表面表征显示POx和AAc涂层呈亲水性（水接触角≈60°），OD为疏水性。所有滤膜DNA提取浓度无显著差异（均值2.8 ng/μL，p>0.05），但仅AAc涂层滤膜在config. 1和config. 3中检测到狮mtDNA，OD涂层仅在config. 1中呈阳性。外部通风采样（config. 4）及空集装箱样本均为阴性。引物特异性验证显示狮mtDNA与NCBI数据库（XM_042950021.1）相似度达99%。

讨论：研究表明空气eDNA检测狮皮在技术上面临多重挑战：1）集装箱内空气流动受限导致DNA扩散不足；2）老化皮板的DNA降解严重（直接采样显示毛发DNA浓度仅2.3 ng/μL）；3）涂层滤膜中AAc的羧基可通过极性相互作用增强DNA吸附，而OD疏水表面可能捕获部分变性的单链DNA。尽管近距离采样（类似开箱检测）具有一定可行性，但外部通风检测灵敏度不足，提示需结合dPCR等高灵敏度技术优化。未来研究需聚焦于短片段引物设计、采样流程标准化，并与质谱等替代技术对比，以推动该技术向海关执法应用转化。

结论：空气eDNA检测技术对集装箱野生动物走私监测展现出概念性潜力，但当前方法在操作灵敏度、重复性方面仍需系统优化。等离子体涂层滤膜（尤其是AAc）可提升痕量DNA捕获效率，但将其整合至现有边境检验协议前需进一步验证可靠性与实用性。