给海洋生物办“身份证”——环境DNA技术如何“听”水识鱼

    不需撒网、不碰鱼，只需一瓶水，就能知道水里藏着哪些生物；取一点空气，就能判断珍稀鸟类是否来过——这并非科幻场景，而是正在中国江河湖海中广泛应用的环境DNA技术。2026年全国两会“部长通道”上，生态环境部部长黄润秋手持一枚环境DNA测序芯片，向中外记者展示了长江大保护的生态成效：仅凭“一捧水”，就能精准捕捉江豚、胭脂鱼等珍稀物种的踪迹。从山东青岛到江苏长江段，从湖北东湖到南海海域，这项被称为“黑科技”的前沿技术，正以“一瓢水知鱼种”的方式，革新水生生物监测的方法论，为生物多样性保护和美丽中国建设注入全新的智慧力量。

一、捕捉水中“基因痕迹”：eDNA技术是什么？

1.1 鱼游过，必然留下“基因指纹”

鱼在水里游过，会不会留下什么痕迹？湖北日报记者的采访中，湖北省生态环境监测中心站吴冬晴博士用了一个妙趣横生的比喻：“环境DNA测序芯片，相当于给水里的鱼做一次‘无接触亲子鉴定’——不用抓鱼，舀一捧水回来，就能知道水里有什么鱼。”

这个“亲子鉴定”其实并不难理解：“鱼也在水中呼吸、排泄、游动碰撞，它的鳞片会脱落，体表会分泌黏液，这些都会将DNA释放到水中。我们把这些水采回来，经过DNA提取、扩增、测序，再和数据库里的标准DNA条形码比对，就能知道水里有谁。”

上海海洋大学环境DNA技术与水生态健康评估工程中心的李晨虹教授给出了更系统的解释：环境DNA的来源主要有两方面——一是生物皮肤、鳞片受损导致的细胞脱落，二是生物在呼吸、排泄、繁殖等正常生理活动中释放的DNA。就像人们走进房间会留下指纹一样，生物游过水体也会留下DNA“指纹”。

这些微量的遗传物质，便是eDNA技术得以施展的“材料基础”。

1.2 “指纹识别”的升级版：从单个生命到整个生态群落

如果说捕捉DNA痕迹是eDNA技术的基础，那么精准识别到底是什么物种，则是这项技术的“杀手锏”。

华大智造多组学研发中心副总监王逸丛解释道，要实现精准识别，关键有两步：一是测序芯片要具备捕捉目标基因组信息的“敏感神经”，能够对低质量、低浓度的DNA进行序列读取；二是必须配上“索引”——DNA条形码参考数据库。“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。”

这项技术的核心优势在于其高效和全面。它不只能检测一两种鱼，而是能一次性分析上百个样品的水生生物信息。江苏省环境监测中心的实际数据显示，通过提取水样、富集样本、基因扩增到高通量测序和数据分析的标准化流程，就能把水中生物的种类“查个底朝天”。传统监测方法需要捕捞鱼类、肉眼识别，耗时费力且对珍稀物种可能造成干扰，而eDNA技术只需采集水样，完美契合了保护优先的生态理念。

1.3 发展历程：从“有没有”到“有多少”

环境DNA技术并非一蹴而就之技。中国科学院院士、中国科学院水生生物研究所研究员何舜平系统梳理了这项技术的发展历程，指出eDNA技术自诞生以来，经历了从定性检测向定量分析、从单一物种识别向群落高通量检测的持续跃升。

早期eDNA技术主要用于回答“有”或“没有”的问题，例如确认某个濒危物种是否在某段水域中存在。然而，科学家们很快遇到了新的挑战：知道“有哪些物种”固然很好，但在生态保护实践中，往往更需要知道“有多少”。传统方法中，直接依据eDNA浓度来估算物种数量，效果并不理想，因为鱼的大小、进食行为等因素都可能干扰浓度读数。

2025年初，上海海洋大学李晨虹团队在国际知名期刊《分子生态资源》上发表封面文章，带来了新的突破口。他们另辟蹊径，不盯着DNA浓度，而是关注从DNA序列中计算出的“差异点数量”——结果显示，这个指标与鱼的数量高度相关，且不受鱼在吃饭还是休息等环境变量的干扰。这意味着，科学界距离“一瓢水算出水里有多少鱼”的目标又迈进了一大步。

二、国内标志性案例：从长江到海洋的“听”鱼实践

2.1 2026年两会“部长通道”：黄润秋向全国展示的“神奇芯片”

2026年3月12日，十四届全国人大四次会议第三场“部长通道”上，生态环境部部长黄润秋手持一块小小的环境DNA测序芯片，成为全场焦点。这块由华大智造自主研发的芯片，搭载在G99基因测序仪上，能从采集到的环境样本中快速、准确地识别出生物物种。

黄润秋特别提到，这枚芯片装载着长江江苏段19个国控断面的水生生物DNA检测信息，数据显示该江段近5年水生生物增加20余种，充分印证了长江“十年禁渔”的实质性成效。

在地方层面，湖北省生态环境监测中心站的专业团队已在这项技术上深耕多年。2025年，该站在长江流域湖北段17个点位开展试点应用，共检测出107种鱼类。“告诉你一个数据你就知道这有多高效了。你想想，如果单靠人工，在滔滔江水中抓出107种鱼，这得是个多大的工程量？”吴冬晴博士在采访中感叹。

在江苏，eDNA技术的应用更为全面。早在2020年，江苏就率先在全省重点流域开展鱼类环境DNA监测，2022年起鱼类环境DNA监测正式纳入江苏生态环境监测方案，成为常态化的例行监测任务。监测范围覆盖全省13个设区市的148个水质国考断面和饮用水源地测点，长江、淮河、太湖三大流域尽在其中。江苏段江豚整体活跃度良好，南京及镇江江豚保护区、泰州至苏州段都是江豚活动的热点区域。

2.2 青岛胶州湾：极危物种中华凤头燕鸥的DNA“现身”

如果说淡水湖泊是eDNA技术应用的“主战场”，那么海洋则是它正在征服的“蓝海”。

2026年4月，在青岛召开的全国生态环境监测系统海洋环境DNA技术交流会上，这座海滨城市交出的一份海洋生态答卷令人瞩目。山东省青岛生态环境监测中心首次将eDNA监测技术大规模应用于海洋生物多样性调查，在胶州湾构建了海洋生物类群的DNA条形码数据库，涵盖沙氏下鱵、矛形刺虾虎鱼、纹缟虾虎鱼等多种中国红色名录物种。

更令人惊喜的是，青岛还尝试将这一技术用于海洋鸟类监测，依托eDNA技术成功检出我国极危珍稀物种——中华凤头燕鸥的DNA序列。目前，全球已知的中华凤头燕鸥总数仅为200余只，而青岛曾在某地段单日观测到142只。“采集空气就能知道它们是否来过，从而为后续的保护决策提供精准依据。”青岛市生态环境局有关负责人介绍道。

山东省青岛生态环境监测中心海洋与生态监测室副主任刘旭东介绍，2025年根据国家海洋环境监测中心的部署，团队聚焦胶州湾典型海洋生态系统，重点完成了鱼类环境DNA监测试点工作，构建并验证了涵盖样品采集、实验分析、生物信息学处理及质量控制在内的技术流程，监测结果总体稳定可靠，与区域鱼类资源和生态特征基本一致。

2.3 重大工程场景：南水北调、赤水河流域及南海入侵物种防控

eDNA技术的应用场景也在不断拓宽。2025年，青岛获批建设“国字号”海洋监测基地——胶东半岛海洋监测基地，已完成新增1000平方米海洋监测专项实验室建设，功能布局涵盖海水水质监测、海洋环境DNA监测、海洋生物毒性监测及新污染物监测等前沿领域。

在西南内陆，西南大学水产学院团队在赤水河源头的珍稀特有鱼类保护区开展eDNA多样性监测，该团队负责人刘建虎曾用一个生动的生物学事实解释eDNA的原理：鱼类的造血器官是肾脏，在排泄时会排出含红细胞核的细胞，从而在生活的水中留下可被检测的DNA信号。

何舜平院士介绍，eDNA技术已在长江流域鱼类资源监测、珍稀特有鱼类保护、长江江豚栖息地评估、中华鲟洄游监测以及长江“十年禁渔”成效评估等方面取得了卓有成效的典型应用。长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区的研究还揭示出一个值得关注的发现：尚无人为筑坝拦截的赤水河鱼类种类丰富度最高（64种），其次为岷江（61种），表明大坝建设对鱼类多样性的潜在影响。

针对外来入侵物种防控，上海海洋大学牵头承担了科技部国家重点研发计划“生物安全关键技术研究”重点专项，面向福寿螺、海鞘等20多种重要水生入侵物种，系统开展eDNA监测技术研发。如今，监测人员可以用快速检测设备在短时间内精准定位入侵物种的踪迹，改变了以往防控工作“发现即扩散”的被动局面。吴冬晴博士更点出了这项技术的超前预警价值：“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。”

三、生态保护的“科技慧眼”：eDNA技术的应用优势

与传统水生生物监测方法相比，eDNA技术的优势非常鲜明。

其一，对生态更友好，实现“无创监测”。 数据对比显示，传统监测靠人工拖网捕捞和形态学鉴定，不仅耗时费力，更可能对珍稀物种造成干扰甚至伤害。eDNA技术只需采集水样而非生物个体，禁渔期间也可安全应用。正如长期从事一线监测的刘真贞所言，传统人工调查时间和人力成本都比较高，eDNA技术的问世无疑是技术层面的一次质的飞跃。

其二，结果更客观精准。 传统方法高度依赖人工经验，“看走眼”的误差在所难免。而eDNA监测全程依托标准化实验流程、专业仪器和统一的DNA数据库，监测结果可对比、可验证，质量全程可控。

其三，效率突飞猛进。 利用eDNA宏条形码技术，一次可分析上百个样品，让水环境和水生态同步监测成为可能。以往需要多人、多时段完成的监测工作，如今能高效完成。与此同时，国内科研团队也在采样环节上实现了持续创新。何舜平院士团队研发了多功能的三模式环境DNA采样设备、一体式自干燥滤器和迷你型富集设备，配合专用耗材可实现“采样—富集—保存”一体化的野外操作流程，从根本上解决了基层监测站难以获取高质量DNA样本的痛点。

四、数据基建与标准化：给每一条鱼建“基因档案”

eDNA技术运转的核心依赖两个要素：前端能否高效采集样本，后端能否准确识别物种。中国科学院水生生物研究所构建的AeDNA数据库，正是后端的“基础设施”——这是目前全国规模最大、信息最全的水生生物环境DNA数据库。它整合了海量本土水生生物“种质—标本—图片—DNA条形码”四维一体数据，不仅为各类前端测序芯片和检测试剂盒的研发提供了“核心字典”，也为全国生物多样性评估和水环境精准治理奠定了坚实的数据基石。

面向未来，标准化建设已成为eDNA技术发展的重中之重。何舜平院士强调，“标准化是eDNA技术未来发展的基石”，并围绕“技术优化与标准化、绝对定量模型构建、精准与区域化数据库开发、多技术融合”等方向提出了“共建环境DNA技术新标准，服务水生态文明建设”的倡议。从芯片到数据库，从单点试用到体系化布局，eDNA技术在中国正从实验室走向规模化的生态监测实践，将为美丽中国建设提供更精准的“科技慧眼”。

五、未来展望：从“监测工具”到“生态预测”

随着eDNA技术不断迭代升级，其在生态环境领域的应用前景令人振奋。

从宏观政策层面看，eDNA已被写入长江流域水生态考核评价体系的重要技术方法之一。站在“十年禁渔”成效评估的长周期上，这项技术让长江鱼类的“恢复账”有了更精准的技术支撑：农业农村部发布的数据显示，2025年底长江流域监测到现有鱼类351种，较2020年（禁渔前）增加了43种；一度被认为可能灭绝的珍稀鱼类“鳤”再现在长江流域，红唇薄鳅、胭脂鱼、四川白甲鱼等国家二级保护动物也在长江中游重新被发现。

在多技术融合方面，何舜平院士提出eDNA技术将与遥感监测、人工智能大数据等交叉融合。未来借助机器学习模型，研究人员不仅可以从水样中看清“今天”的水中有哪些生物，还可以根据水文条件、气候变化等要素推演物种在未来某个时间段的分布趋势和可能的生态风险。

从海洋到内陆河流，从极危物种江豚到濒危珍稀鱼类胭脂鱼，从入侵物种福寿螺到极危珍稀鸟类中华凤头燕鸥，eDNA技术的每一次成功应用都实证了同一件事：过去只能依靠“捕捞才能确认”的物种调查时代正在翻篇。一捧水能摸底长江鱼情，一瓶水能锁定中华凤头燕鸥的热点区域，一瓶水能让食蚊鱼无处遁形——这些曾经不可思议的场景，正在成为中国水生态监测的常规实践。

结语

从2026年两会“部长通道”上全国瞩目的环境DNA芯片，到青岛胶州湾给鱼虾贝类办“身份证”——这项被称为“无创监测”的前沿技术，正在将千百年流传的“数浪花的鱼”的浪漫畅想转化为科学的严谨实践。

今天的中国，从长江源头到入海口，从黄海之滨到南海深处——当无数只手捧起水样，经由基因测序与大数据分析，生态保护工作者便能从“盲人摸象”进化为“按图索骥”，以数据驱动的水生态精准治理书写着人与自然和谐共生、生态文明建设新范式的辉煌答卷。

在不久的未来，eDNA技术还将深入更广泛的生态领域：从土壤微生物到大气生物气溶胶，eDNA技术有望进一步拓展应用边界，实现真正的全环境、全物种、高精度监测。读懂一瓢水，不仅能看到生命的过去和现在，更能清晰预估生态的未来——这正是科技赋予生态文明建设的新力量。