环境DNA（eDNA）技术有效检测鲑鱼鳃虱（Salmincola californiensis）在美国科罗拉多州的分布与遗传多样性：一项全州范围的调查

《Environmental DNA》：Environmental DNA Is Effective at Detecting a Salmonid Ectoparasite: A Statewide Survey of the Distribution and Genetic Diversity of the Gill Louse Salmincola californiensis in Colorado, USA

　　本文推荐一项关于利用环境DNA（eDNA）技术监测鲑鱼鳃虱（Salmincola californiensis）在科罗拉多州分布与扩散的研究。该研究通过比较eDNA与传统电捕鱼法的检测效率，结合DNA条形码与物种分布模型，揭示了鳃虱的种群遗传结构、扩散路径及环境因子（如水温、紫外线）对eDNA检测概率的影响，为水生寄生虫早期预警与渔业管理提供了重要技术支撑。

　　

引言

入侵物种对本地生物多样性和生态系统过程的破坏已成为全球性挑战。鳃虱（Salmincola californiensis）是一种寄生在鲑科鱼类（如虹鳟、割喉鳟等）鳃部的桡足类寄生虫，其地理范围的扩张对落基山割喉鳟（Oncorhynchus virginalis）等珍稀物种的保护构成威胁。本研究旨在通过多方法整合，评估其分布扩展、检测技术效率、种群遗传结构及环境因子对检测概率的影响。

方法

野外采样

研究在科罗拉多州的19条河流系统中设置了48个采样点，覆盖阿肯色河、科罗拉多河、里奥格兰德河和南普拉特河四大流域。每个点位采集10个水样用于eDNA分析，并通过电捕鱼法直接检查鱼类寄生虫感染情况。采样点按上、中、下游划分，间距约2公里，采样时间为2022年9月至2023年10月。

电捕鱼与寄生虫检查

使用背包式或驳船式电捕鱼设备捕获鱼类，对易感物种（如虹鳟、割喉鳟）进行鳃部、鳍基和口腔的肉眼检查，记录寄生虫数量及位置。感染个体最多取2只虱子用于DNA条形码分析，其余立即释放。

eDNA采样与qPCR检测

使用改良的1升Nalgene瓶配合5微米孔径尼龙滤膜采集水样，每点10个重复加1个空白对照。DNA提取采用Qiagen DNeasy Blood and Tissue试剂盒，qPCR检测靶标为28S rRNA基因的80 bp片段，使用特异性引物和探针（PM829、PM830和PMP61），并设置内参对照排除抑制效应。

DNA条形码与系统发育分析

从58只虱子样本中扩增线粒体COI基因（663 bp），结合GenBank中俄罗斯、威斯康星等地样本序列，使用MAFFT比对、RAxML构建最大似然树、TCS构建单倍型网络，并通过BEAST2估算分歧时间。突变率设定为2.3%（每百万年每位点），以匹配桡足类加速进化速率。

占有率模型与功效分析

使用R包“unmarked”构建20个候选模型，评估点位（上、中、下游）、水温、紫外线指数、过滤水量对鳃虱检出概率的影响。通过AIC模型选择，计算累积检测概率以确定最佳采样重复次数。

结果

采样与寄生虫检出

共捕获1575条鱼，9.4%感染鳃虱，电捕鱼在38%的点位检出虱体，eDNA在21%的点位呈阳性，两者重合率为11%。eDNA在以往未记录点（如亨森溪、韦尔法诺河）成功检出，证明其扩散范围扩大。

DNA条形码与种群遗传

COI序列分析显示，所有样本均为S. californiensis，未发现其他物种。单倍型网络揭示19种单倍型，其中A、B、F、I为广布型，鲸溪（Whale Creek）种群具独特性（单倍型R、S）。系统发育表明鳃虱种群缺乏地理结构，支持人类介导的扩散假说。分歧时间估算表明主要谱系分化于上新世-更新世（约430万年前），近期扩散事件与鱼类移植活动吻合。

占有率模型与检测功效

最优模型显示：上游点位占有率低但检测概率高，水温和UV指数显著影响eDNA检测（温度升高降低检测率，UV增强提高检测率）。累计分析表明，9次重复采样可实现95.4%的检出概率，10次重复达96.8%，证实eDNA技术可靠性。

讨论

eDNA与传统方法比较

eDNA虽略低于电捕鱼的直接检出率，但能更早、更无创地发现寄生虫，尤其在难以涉足的水域。结合两者可提高监测效率，适用于孵化场筛查和早期入侵预警。

种群扩散与遗传结构

单倍型共享跨流域分布、低遗传分化及与外来谱系的亲缘性，表明鳃虱在科罗拉多州的扩散主要由人类活动（如鱼类移植）驱动，而非自然迁移。

管理意义

持续干旱与水温上升可能加剧鳃虱暴发，需加强监测。eDNA技术可集成于渔业管理实践，用于孵化场处理前筛查（如过氧化氢、吡虫啉药浴），但需注意28S检测引物对近缘种（如S. edwardsii、S. markewitschi）的交叉反应风险。

结论

本研究证实eDNA是检测鳃虱的有效工具，其分布扩张与人类活动紧密相关。未来需扩大采样、优化环境因子模型，并探索生物防治潜力，以支持鲑科鱼类保护与流域管理。