科技日报记者 张佳星

今年全国两会期间，曾在“部长通道”上亮相的一款小小芯片引发了公众关注。生态环境部部长黄润秋在展示芯片时介绍，这是一块环境DNA（eDNA）测序芯片，其记录了江豚、胭脂鱼等水生生物的DNA信息，体现了长江十年禁渔的成效。

eDNA技术是通过提取水、底泥等环境样本中生物留下的“基因痕迹”，与标准DNA序列比对，精准识别物种的“黑科技”。这块芯片怎样“摸底”长江水生生物的DNA？又会如何改变环境保护工作？带着这些问题，科技日报记者3月16日采访了相关专家。

拥有环境监测“超能力”

“水生生物种类多、分布广，对环境变化敏感，监测水生生物能够综合反映水生态系统健康状况，为水污染防治和生态修复提供科学依据。”湖北省生态环境监测中心站副站长、正高级工程师刘真贞告诉记者，传统的水生生物调查方法主要依靠人工观察、拖网捕捞和形态学鉴定等，时间和人力成本较高。

“如果能对水生生物释放到环境中的样本（包括皮肤、代谢细胞、分泌物甚至腐烂体等）开展DNA测序，就能达到物种监测的目的。”刘真贞说，黄润秋部长展示的芯片应用于基因测序设备中，能从采集到的环境样本中快速、准确地识别出生物物种。

这块芯片由华大智造自主研发，搭载在G99基因测序仪上使用。华大智造多组学研发中心副总监王逸丛告诉记者，为了加强eDNA技术在水生生物监测中的“超能力”，华大与中国科学院水生生物研究所联合湖北省生态环境监测中心站，在武汉东湖6个位点筛选出适用于东湖鱼类多样性监测的遗传标记，共检测到隶属于16个科、36个属的51种鱼类，为eDNA宏条形码测序技术应用于东湖鱼类多样性监测和研究奠定了基础。

实现“一捧水知鱼种”

“生物体释放到环境中的生物信息非常痕量，eDNA测序技术近年来持续发展，已具备较高的检测精准度与可靠的参考价值。”湖北省生态环境监测中心站吴冬晴博士介绍，在实际工作时，环境监测人员只需采集不同点位的“一捧水”样本，就可以在基因测序分析系统中获得水生生物的检测结果。

“为了实现精准监测，华大智造将纳米球、探针锚定聚合测序等自主核心技术集成进芯片和设备中，能够对低质量、低浓度DNA进行序列读取，有效助力复杂生物群落结构解析和珍稀物种及外来入侵物种监测。”王逸丛介绍，核心技术的应用让测序芯片具备捕捉目标基因组信息的“敏感神经”，且能有效过滤环境中的污染物质和干扰信息。

“我们还与科研团队一起构建了DNA条形码参考数据库，为物种高效搜寻起到‘索引’作用。”王逸丛介绍，条形码通过将较短的DNA序列作为物种快速鉴定的标记，建立起DNA序列和生物物种间一一对应的关系，并在此基础上实现“一捧水知鱼种”的目标。

水环境保护的“无声哨兵”

“传统物种调查方法易对生物造成惊扰，难以精准掌握珍稀物种的种群动态。而eDNA技术为环境保护增添了一位‘无声哨兵’。”吴冬晴说，在不直接接触的情况下，通过对江豚、胭脂鱼等珍稀物种残留的微量DNA进行定性甚至定量分析，研究人员能监测到它们的分布范围及种群相对丰度的动态变化，实现“默默”守护。

“针对食蚊鱼、福寿螺等入侵物种，我们也能够通过测序信息，精准追踪其群落扩张趋势，及早预警、提前布防，筑牢河流生态安全屏障。”吴冬晴说。

为精准识别物种，提升追踪保护珍稀濒危物种、监测外来物种入侵的质量和效率，华大智造基于G99基因测序仪研制了一整套自动化样本制备系统与分析软件，帮助生态环境监测人员实现从水样到分析报告的全流程一站式监测，提供可靠数据。王逸丛介绍，相关技术已经广泛应用于湖北、浙江、陕西、广东等地的江湖鱼类监测、浮游生物分析、沙漠土壤微生物监测等多个场景。

“在水面之上，基因测序芯片赋能的新技术同样令人期待。从环境中的微量遗传物质中，我们还可捕捉候鸟经停的生态印记，反演其迁徙路径与活动范围，为传统观测手段难以覆盖的环节提供全新视角。”吴冬晴说，随着环境监测迈入数字化、信息化、智能化阶段，人们将能够通过更精确、更高效和更经济的新技术更好地理解和保护自然。

（科技日报北京3月16日电）

来源：科技日报