漂浮实验室：利用运营渡轮采集与过滤海水样本以进行环境DNA分析的标准操作流程

本研究旨在利用商业船只作为平台，在公海采集环境DNA（eDNA）样本，以调查海洋生物群落。在我们的具体案例中，研究重点为鲸类动物，旨在识别具有生态保护重要性的远海区域。尽管eDNA样本的获取极为简便——仅需采集海水样本，且分析技术也在持续进步，但真正的挑战在于如何抵达需要监测的环境，尤其是在难以进入的深海远海区域。虽然eDNA正日益成为研究海洋环境的首选技术，但目前仍缺乏可在野外实现简便、可重复的大体积样本处理的标准操作流程。由于eDNA在数小时内即开始降解，因此在采样后立即进行过滤和保存海水eDNA样本至关重要，以确保最大程度地回收并提高分析效率。本方案完全依托运营中的渡轮进行数据采集。基于渡轮的监测具有多项优势：航线固定且全年运行，可实现季节性监测；易于进入远海区域；实现零排放样本采集；可在夜间持续采样；并可大幅降低采样成本。通过该方案，我们采集并过滤了大量样本，覆盖了偏远及远海区域，显著提高了研究的空间分辨率。这一点尤为重要，因为我们的研究对象是生活在开阔海域的海洋生物，即海洋哺乳动物。通过其eDNA所获取的信息，有望揭示这些物种的分布范围、栖息地偏好以及最终的保护现状。

[旁白] 开始时，记录渡轮在航线上的当前或平均巡航速度，以估算采样区段的延伸范围。在对过滤表面进行消毒后，于航行期间略微打开样品采集阀。利用海水的连续流动，用当地海水冲洗采集管，并将多余的水排入舱底。使用永久性记号笔在大体积采水袋（BIB）上标注所需信息。移除BIB开口处的封顶膜，并注入约13升海水。当BIB接近装满时，移除瓶盖上的封顶膜，但保留阀门周围的薄膜完整。在将BIB严密密封后，记录样品采集完成的准确时间，并记录样品采集的总时长。使用永久性记号笔将完成时间写在BIB上，并将信息转录至样品采集与过滤记录表中。将装满水的BIB放置于储存室或过滤区域。为准备过滤工作站，将真空泵连接至真空抽滤瓶的吸气口，并将带有支撑架的塞子安装在瓶口，以固定过滤筒。准备好所有必要材料，并在指定的过滤区域内组装过滤系统。每个采样站均需使用新的过滤筒，以及一对新的单次使用镊子或已灭菌的镊子。为最大限度降低污染风险，可在阀门与过滤筒之间放置一个绝缘套（如塑料袋），以隔离水流。启动真空泵，并开始计时，记录过滤所需时间。每张滤膜过滤最多四升水，确保过滤过程中筒内始终保持充满状态，以避免空气进入。当滤过水量达到四升时，立即关闭真空泵并停止计时。在数据记录表中记录过滤时间。然后使用镊子小心地从过滤筒中取出第一张滤膜（即滤膜a），避免造成任何损伤。将滤膜对折，使保留生物材料的一面朝内折叠，并用铝箔包裹。在铝箔上标注样品编号和滤膜重复编号，随后存入冷冻箱。在过滤筒内安装一张新滤膜以进行下一轮过滤，并清空抽滤瓶。过滤完成后，将所有滤膜保存在–4°C至–20°C之间，直至后续实验室处理。在即将下船前，取回所有样品，并将其放入低温可运输冷藏箱中以便运输。通过使用宏条形码技术进行海洋环境DNA采集与分析，已在采样航线上鉴定出多种脊椎动物物种，包括青眼鲷类（Tilefishes）、阿拉斯加鳕鱼（Alas Brinks）以及鲸类动物，从而实现了对脊椎动物群落组成及营养结构的重建。