近700种海洋生物办上“身份证”！青岛在胶州湾率先开展海洋环境DNA监测试点,用一管海水就能“读”出海洋生物身份

在青岛胶州湾，科研人员只需取一升左右的海水，经过过滤、提取、测序，就能“读”出这片海域生活过哪些海洋生物——甚至连那些肉眼根本看不见、传统方法很难捕捉到的珍稀物种，也无所遁形。

这听起来有点像科幻电影里的情节，但在山东省青岛生态环境监测中心，它已经成为现实。这项神奇的技术，叫作“环境DNA监测技术”。它正在悄然改变我们对海洋生物多样性的认知方式，也正成为守护海洋生态的一把“利器”。5月18日，记者采访了该中心，听他们讲述如何给海洋生物上“身份证”。

张魏昱海洋与生态监测室研究人员查看试管内的样本

“每一管海水里，都藏着一本生物户口本”

走进山东省青岛生态环境监测中心实验室，海洋与生态监测室研究人员张魏昱正小心翼翼地处理着一批刚从胶州湾采集回来的水样。他手里拿着一份采样记录，上面密密麻麻标注着点位坐标、水深、水温等信息。

“你别看这瓶水清清亮亮，里面可藏着几十种甚至上百种海洋生物的‘户口信息’。”张魏昱举起一个采样瓶，笑着说。

传统方法采集底栖生物（采访对象供图）

他解释道，环境DNA技术的核心，就是利用生物特有的DNA序列来识别物种。“就像每个人都有独一无二的身份证一样，每一种海洋生物——无论是鱼、虾、贝，还是肉眼看不见的藻类和浮游动物——它们的DNA序列也是独一无二的。”

科研人员从海水、沉积物甚至空气中提取生物留下的微量DNA——可能是来自一片鳞屑、一点排泄物，或者一层黏液——然后通过分子生物学技术进行扩增、测序和比对，就能精准判断出有哪些生物曾经在这里生活过，哪怕它们早已游走。“传统方法好比是拿着网去海里捞鱼，捞上来看见什么算什么；环境DNA技术则像是给整片海水做了一次‘基因普查’。”张魏昱打了个比方。

传统方法采集底栖生物（采访对象供图）

从“捞鱼看”到“测水知”

过去，海洋生物多样性监测主要依靠拖网、采泥器、显微镜等手段。这种方法不仅耗时费力，而且对人的专业要求极高——能准确识别藻类、浮游动物、底栖生物的专家，正变得越来越少。

“传统监测就像大海捞针。”科室副主任刘旭东感慨道，“你要把生物采集上来，在显微镜下一个一个看，一个一个数。一个样品折腾好几天是常事，而且很多微小生物很容易漏掉。更麻烦的是，很多具备这种鉴定能力的老专家陆续退休了，这门手艺眼看就要失传。”而环境DNA技术的出现，彻底改变了这种局面。它不再依赖于直接捕捉或观察生物本身，而是通过检测环境样本中的DNA痕迹，实现“隔空识物”。

在胶州湾的一次试点监测中，科研人员布置了30个点位，采集水样后回到实验室进行DNA提取、扩增、测序和比对。整个流程跑下来，只需两到三周时间，就能够获得该海域鱼类、藻类、浮游动物等主要生物类群的种类组成和分布情况。“传统方法可能要分析好几个月，而环境DNA技术耗时短，且信息量更大、更精细。”刘旭东说。

传统方法采集底栖生物（采访对象供图）

胶州湾是一个天然的“试验场”

为什么选择胶州湾作为试点？刘旭东给出了答案：这里有得天独厚的条件。

“胶州湾是一个典型的半封闭海湾，湾口狭窄，沿岸有多条河流注入，北部是港口，西南方有油码头，周边分布着青岛多个区市。这种多元化的生态环境，使得胶州湾成了一个天然的‘试验场’。”

更重要的是，山东省青岛生态环境监测中心在胶州湾已有十多年的海洋监测经验，积累了大量的形态分类学监测数据。这些宝贵的历史资料，正好可以用来与环境DNA的监测结果相互印证。“新技术得出的结果，必须经过验证才能放心使用。”刘旭东说，“我们在胶州湾有几十年积累的形态分类学监测数据，哪些点位有什么生物、优势种是什么，心里都有底。这就为我们提供了一个‘校准器’。”

在试点过程中，科研人员收获了不少意外之喜。

去年夏天，团队在胶州湾采样时发现，浮游生物采样网上覆盖了一层墨绿色的糊状物。起初，大家以为是浒苔消亡期的残留物。但负责藻类鉴定的张晓红在显微镜下观察了很久，也无法确定到底是什么。

科室研究人员张晓红正在镜检

“我在显微镜下看了很久，只能判断大概是个硅藻，但具体是哪个种，特征太不明显了。” 张魏昱回忆说，“借助传统的镜检手段已经失效了。”团队兵分两路：一部分样品送到电子显微镜下放大10000倍以上，另一部分则用环境DNA技术进行检测。最终，两种方法得出了完全一致的结论——这是一种叫作“萎软海链藻”的硅藻。

“当电镜结果和环境DNA结果对上的那一刻，我们都很兴奋。” 张魏昱说，“这种藻类在胶州湾属于新记录种，过去几十年从未被传统方法发现过。它很小，就算在普通显微镜下放大1000倍，看起来也只是一个圈而已。环境DNA技术却精准地把它‘揪’了出来。”更值得关注的是，萎软海链藻是一种潜在的赤潮种。这一发现为后续的赤潮预警监测提供了重要依据。

从空气里“捞”出的极危物种

另一个令人振奋的发现，是关于一种极危鸟类的。

中华凤头燕鸥，是国家一级保护动物。传统监测主要靠人工观测，但鸟会飞走，你很难知道它什么时候来过、在哪里停留过。“我们一直在思考，能不能用环境DNA技术来监测这种珍稀鸟类？”张魏昱说。团队与青岛市观鸟协会联合，在中华凤头燕鸥可能的栖息地——胶州湾北部的一个湿地，采集了环境DNA样本。

“我们在那里架设了空气环境DNA采样设备，连续抽滤四个小时，采集空气中的DNA。同时，也采集了附近水域的水样和地面上掉落的羽毛。”张魏昱回忆说，“结果非常令人惊喜——水样、空气样本、羽毛样本都明确检出了中华凤头燕鸥的DNA序列。”

同步拍摄的照片也证实，中华凤头燕鸥确实在那里大量聚集。“这意味着，我们以后不需要直接看到鸟，只需要取一点水或者空气，就知道它是否来过这里。”这一发现，为珍稀濒危物种的监测打开了一扇全新的大门。

目前，青岛市已经初步建立了胶州湾海洋生物DNA条形码数据库。张魏昱介绍，数据库目前收录了近700种青岛海洋生物的DNA条形码信息，包括沙氏下鱵、矛形刺虾虎鱼、纹缟虾虎鱼等中国红色名录物种，以及文昌鱼、柱头虫等保护动物。

数据库的建设，需要经历物种调查与样品采集、序列入库、数据库校准、扩展与优化等多个步骤。最难的部分，不是技术本身，而是“双重校准”。

“建库是一个需要不断纠正的过程。”张魏昱说，“每一条序列都要经过形态学和分子生物学两重验证，确保准确无误。这就像建一座大桥，不仅要设计精密，还需要有经验丰富的工匠一块砖一块砖地校验。”

从青岛走向更广阔的海域

令人惊讶的是，这样一个前沿技术项目，背后却只有8到9人的核心团队，其中专门从事环境DNA监测的只有4到5人。他们的专业背景涵盖浮游植物、浮游动物、底栖生物等不同领域，毕业院校包括中国海洋大学、中国科学院海洋研究所、厦门大学等。

团队的“跨界”能力尤其突出。分子生物学、编程、统计分析、海洋生态学……这些原本分属不同学科的知识，他们硬是靠自学，一点一点啃了下来。

团队平均年龄三十七八岁，既有传统分类学“老中医”般的经验积累，又有拥抱新技术的闯劲。“我们这个活，有点像老中医，越老越值钱。”刘旭东笑着说，“形态学鉴定需要日积月累的经验，而新技术又要求我们不断学习。这两种能力加起来，才是我们的核心竞争力。”

虽然环境DNA技术已经展现出巨大的潜力，但刘旭东坦言，要想真正实现大规模、标准化的应用，还有很长的路要走。

目前，环境DNA监测的流程大致分为五步：采样、DNA提取、扩增、测序、数据分析与比对。尽管技术已经很成熟，但大多数操作仍然需要在实验室里完成。

“我们希望建立一套环境DNA自动监测系统。”刘旭东描绘了一幅未来图景，“想象一下，在灯塔下或者海岸边，部署一套包含本地物种的DNA芯片，它可以自动分析、自动上传数据。到那时，我们随时打开手机或电脑，就能知道这片海域此时此刻生活着哪些生物。”

这是一个国内外都还在探索中的难题。但青岛的团队已经迈出了第一步——他们自主设计并定制了一套适合海洋环境DNA采样的原位富集设备，解决了传统方法容易造成交叉污染和样品降解的问题。

青岛的试点经验，已经引起了全国海洋监测系统的关注。上个月，全国海洋环境监测技术交流会在青岛召开，所有沿海省份的监测部门都来学习交流。会上，山东省生态环境监测中心做了半个小时的典型发言，分享了他们在环境DNA试点中的探索、突破和思考，青岛的经验正在成为我国现代化海洋生态环境监测体系建设的重要参考。

“我们的本地物种数据库正处于初建阶段，下一步，我们要打牢基础，逐步将监测范围从胶州湾扩展到黄海、渤海等更广阔的海域。”刘旭东介绍，“然后，拓展环境DNA技术在海洋生态系统健康评估、海洋保护红线监管、生态修复成效评估等更多场景的应用。”

（半岛全媒体记者 陈亚梅）