宏条形码(eDNA)

生物群落精准鉴定

产品介绍

宏条形码(Metabarcode):是DNA条形码技术的延伸应用,指从环境样本(如土壤、水体、粪便)或混合生物样本中提取总DNA,利用通用引物同时扩增多个物种的特定短基因片段(如线粒体COI基因、rRNA基因等),再通过高通量测序和生物信息分析,一次性鉴定样本中存在的所有生物类群。

与针对单一物种的传统DNA条形码不同,宏条形码无需分离纯化个体,能高效解析复杂群落的物种组成。该技术已广泛应用于生态监测(如水生浮游生物、土壤无脊椎动物多样性评估)、食性分析、入侵物种早期检测及古环境重建等领域。其高通量、标准化和可重复的特点,克服了传统形态学鉴定依赖专业知识、耗时长的局限,极大提升了生物多样性监测的效率和分辨率,是现代分子生态学与环境评估的重要工具。

宏条形码技术优势

无需个体分离

适配复杂混合样本,突破形态学鉴定限制

非侵入式监测

不干扰生物生存,适用于濒危物种与保护区调查

高通量高效率

单次检测覆盖多类群,大幅提升鉴定效率

标准化可重复

实验流程统一,结果稳定可比对

高灵敏度

检出痕量环境 DNA,实现稀有 / 入侵物种早期发现

 宏条形码技术应用方向

宏条形码技术凭借其高通量、快速、不依赖形态学鉴定等优势,已被广泛应用于生态学、环境科学、农业及生物监测等多个领域。主要应用方向包括:

生物多样性监测与评估

用于快速评估水体、土壤、沉积物等环境中的物种组成,如浮游生物、大型底栖无脊椎动物、土壤微生物等,支持生态健康指数构建与生物完整性评价。

农业土壤健康诊断

分析农田土壤中的线虫、真菌、细菌等生物类群的多样性,评估土壤生物肥力、病虫害风险及耕作措施效果。

食性分析

通过分析动物粪便或胃内容物中的DNA,解析目标物种的食物组成及营养关系,广泛应用于鱼类、鸟类、哺乳动物(如熊、狼)及昆虫的食性研究。

水质与生态毒理学评价

结合理化指标,利用水生生物(如藻类、摇蚊幼虫)的宏条形码数据,评价水域的富营养化、重金属或有机污染状态。

入侵物种早期检测

从环境DNA(如湖水、港口压载水)中检测入侵或稀有物种的遗传痕迹,实现低成本、高灵敏度的早期预警,便于及时采取防控措施。

野生生物保护与管理

对保护区、河流流域的物种组成进行非侵入式监测(如通过饮水坑水样),辅助濒危物种分布调查及保护策略制定。

古环境与古生态重建

提取沉积物岩芯、冻土或化石粪中的古DNA,重建历史时期的植物、动物及微生物群落变化,用于揭示气候变化与人类活动影响。

食品与中药材真伪鉴别

检测混合制品(如碎肉、草本混合物、中药粉末)中是否含有标签未声明的生物成分,用于打击掺假行为。

靶向引物・精准匹配

宏条形码鉴定的核心精度取决于引物的通用性与特异性。我们基于多年环境 DNA 项目经验与数万样本验证,构建多基因、多区段、全覆盖的靶向引物体系,针对不同类群生物选择最优扩增区域,兼顾扩增效率、物种分辨率、注释成功率,实现从微生物到高等动植物的精准捕获与准确鉴定。

扩增基因 扩增区域 适用样本
CO1 CO1 引物1:脊椎动物(哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类、鱼类),若要鉴定更多物种,建议和12S联合使用。
引物2:节肢动物、软体动物、棘皮动物(如昆虫纲、软甲纲、双壳纲、腹足纲、海胆纲)。
12S 12S 引物1:脊椎动物(哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类、鱼类),若要鉴定更多物种,建议和CO1联合使用。
引物2、3:可以鉴定淡水和海水鱼,引物3偏向淡水鱼、引物2偏向海水鱼。针对组成较复杂的样本(不仅仅包含鱼类),引物3的注释率更高。
叶绿体 rbcL 百合科、毛茛科、十字花科、豆科、葫芦科、禾本科、菊科、茄科、锦葵科,两对引物可以相互补充。
trnL
rbcL 引物1:真核藻类,甲藻、隐藻首选,还可以测到硅藻,鉴定的藻类丰富度较高
引物2:绿藻引物
引物3:硅藻首选,还可以鉴定到绿藻、甲藻、隐藻。
18S 18S V4 引物1:综合想要浮游动物和浮游植物
引物2:偏向浮游动物
引物3:偏向浮游植物
18S V7 引物1:偏向浮游动物
引物2:偏向浮游植物
18S V9 原生生物与18S V4互补,还可以鉴定其他真核生物
线虫18S V7-V9 线虫专项引物
16S 16S 鱼类种类鉴定
……

扩增基因 扩增区域 适用样本
CO1 CO1 引物1:脊椎动物(哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类、鱼类),若要鉴定更多物种,建议和12S联合使用。
引物2:节肢动物、软体动物、棘皮动物(如昆虫纲、软甲纲、双壳纲、腹足纲、海胆纲)。
12S 12S 引物1:脊椎动物(哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类、鱼类),若要鉴定更多物种,建议和CO1联合使用。
引物2、3:可以鉴定淡水和海水鱼,引物3偏向淡水鱼、引物2偏向海水鱼。针对组成较复杂的样本(不仅仅包含鱼类),引物3的注释率更高。
叶绿体 rbcL 百合科、毛茛科、十字花科、豆科、葫芦科、禾本科、菊科、茄科、锦葵科,两对引物可以相互补充。
trnL
rbcL 引物1:真核藻类,甲藻、隐藻首选,还可以测到硅藻,鉴定的藻类丰富度较高
引物2:绿藻引物
引物3:硅藻首选,还可以鉴定到绿藻、甲藻、隐藻。
18S 18S V4 引物1:综合想要浮游动物和浮游植物
引物2:偏向浮游动物
引物3:偏向浮游植物
18S V7 引物1:偏向浮游动物
引物2:偏向浮游植物
18S V9 原生生物与18S V4互补,还可以鉴定其他真核生物
线虫18S V7-V9 线虫专项引物
16S 16S 鱼类种类鉴定
……

合作文章

期刊 题目 合作单位
Water Research Amoeba community dynamics and assembly mechanisms in full-scale drinking water distribution networks under various disinfectant regimens 同济大学
Journal of Hazardous Materials Ecotoxicological impact of virgin and environmental microplastics leachate on Chlorella vulgaris: Synergistic microbial-pollutant drivers cripple photosynthesis 海南大学
Journal of Water Process Engineering Nitrogen transformations and associated microbial characteristics in tidal flow constructed wetlands based on ANAMMOX operated at different temperatures 安徽农业大学
Environmental Pollution Investigating the impact of fecal contamination on antibiotic resistance genes in urban environments using host-associated molecular indicators 山西医科大学
Journal of Hazardous Materials Enhancing pollutants removal in hospital wastewater: Comparative analysis of PAC coagulation vs. bio-contact oxidation, highlighting the impact of outdated treatment plants 中国疾病预防控制中心
Water Research Diversity and biogeography of bacterial community in the Ili River network varies locally and regionally 中国科学院武汉植物园
Water Research One-step bioremediation of hypersaline and nutrient-rich food industry process water with a domestic microbial community containing diatom Halamphora coffeaeformis 深圳大学
Water Research Biogenic manganese oxides promote metal(loid) remediation by shaping microbial communities in biological aqua crust 中山大学
BIORESOURCE TECHNOLOGY Efficient nitrogen removal by heterotrophic nitrification-aerobic denitrification yeast Candida boidinii L21: Performance, pathway and application 华南师范大学
Journal of Hazardous Materials The enhancement effect of n-Fe3O4 on methyl orange reduction by nitrogen-fixing bacteria consortium 安徽农业大学
Environmental Pollution Insights into the panorama of multiple DNA viruses in municipal wastewater and recycled sludge in Tianjin, China 南开大学
Microbial Ecology SALINITY-Induced Changes in Diversity, Stability, and Functional Profiles of Microbial Communities in Different Saline Lakes in Arid Areas 中国科学院新疆生态与地理研究所
Microbiome Anthropogenic activities mediate stratification and stability of microbial communities in freshwater sediments 河海大学
Chemical Engineering Journal Influence of wastewater antibiotic resistance difference on horizontal gene transfer risk using electrochemical flow-through reaction 天津大学
Environmental Science & Technology Mycobacteriaceae Mineralizes Micropolyethylene in Riverine Ecosystems 广东省科学院
Environmental Research Grain size distribution drives microbial communities vertically assemble in nascent lake sediments 河海大学
Environmental Research Application of urease-producing microbial community in seawater to dust suppression in desert 山东科技大学
Results in Engineering Characterization of biofilm bacterial communities in rural drainage system ancillary facilities 中国科学院生态环境科学研究中心