无需目击、不用追踪，对着空气采个样，就能监测到朱鹮的踪迹——这不是科幻场景，而是我国将环境DNA技术应用于朱鹮监测的突破性实践。这项由陕西省环境监测中心站牵头的研究团队首次应用的环境介质监测法，为今后朱鹮乃至其他濒危物种的精准、高效监测提供了新思路。

有“东方宝石”之誉的朱鹮，是湿地生态系统健康的“活体指标”。经过多年保护，朱鹮种群数量逐渐恢复，但精准监测其分布范围仍面临挑战。传统人工监测方法受限于人力物力，难以实现大范围、高频率监测，且易受环境因素干扰。如今，陕西省环境监测中心站牵头的研究团队，通过创新应用环境DNA靶向监测技术，成功突破了这一瓶颈。

该技术通过采集空气等环境样本，提取朱鹮残留物DNA，实现精准监测，降低人力消耗，提升监测效率和准确性。经过近两年的观测与实践，研究团队初步摸清了朱鹮在陕西省重点区域的分布及活动情况，为朱鹮的保护和管理提供了科学依据。

朱鹮。赵纳勋摄

“鹮”过留痕，从空气中无接触“捕捉”其身影

天气转暖，位于秦岭南麓的陕西省汉中市洋县变得热闹起来。金黄的油菜花海，吸引游人无数。

郭通是咸阳市环境监测站的一名监测人员，这次和搭档前往洋县，他们的目的是寻找朱鹮。不过他们不是用肉眼寻找，而是通过采集空气来寻找朱鹮。

“当朱鹮从空中飞过时，会产生粪便、组织和羽毛碎片等，这些空气颗粒物上边存有朱鹮残留物，我们采集的就是这些细小的颗粒物。”郭通边寻找合适的采样地，边向记者介绍。

这种无接触，从采集的空气样品中提取、分析朱鹮DNA的技术，就叫环境DNA技术。经过勘探，郭通将目光锁定在了位于洋县磨子桥镇张左村附近一处平坦的汉江河滩上，这是朱鹮喜爱的觅食区。

“鹮”过留痕，但由于受空气的流动性、时间等因素影响，它的残留物会变得非常稀少，所以当郭通和搭档在采集空气样品时，必须全程满足“代表性、科学性、准确性”三项标准。将采样地点选在视野开阔的河滩，正是这个缘由。他们在采样时，会穿上试验服并戴上口罩和手套，这是为了减少采样时人体残留物飘散在空气中，对采样造成干扰。

监测人员使用采样器捕集朱鹮在空气中的残留物。张博摄

在将方形轮廓的空气环境DNA采样器固定在大约一人高的三脚架后，郭通拿起酒精喷壶，熟练地对着外观像金属罐的采样头进行消毒。随后，他用镊子小心翼翼夹起一张比瓶盖大点的白色滤膜，放在消过毒的采样头里。

“这样可以清除上次采样的残留物质，保证这次采样的有效性。当空气进入内置泵体的采样机后，滤膜会抽滤空气，富集其中微小的颗粒物。”拧紧采样头的盖子后，郭通快速将它安装在了空气环境DNA采样器上。

开机，设置采样流量30升每分钟，定时5小时。确认仪器正常运行后，郭通的神情才稍显放松。计时结束后，他用镊子小心取出采样滤膜。尽管这时的滤膜看起来并无变化，但其实上边已吸附很多可能包含朱鹮残留物的细小颗粒物。

将其向内对折后，放入采样管，以减少运输途中颠簸造成的残留物损耗。标记好采样信息后，样品随即进入运输环节。

靶向技术监测，精准“嗅”出朱鹮基因

在刑事侦查案件中，警察破案常用的一个手段是在案发现场寻找指纹。通过将采集到的指纹与指纹信息数据库中的指纹进行对比，从而锁定犯罪嫌疑人。利用环境DNA技术监测朱鹮，也是同样的原理。要想对采集回来的朱鹮样品进行分析，前提必须建立朱鹮基因库，也就是给朱鹮录入“指纹”。

2023年，由陕西省环境监测中心站牵头的研究团队前往朱鹮国家级自然保护区与秦岭野生动物园，收集野生朱鹮的环境样品，从中提取、检测DNA。通过二次测序技术获得样品中的朱鹮DNA序列，建立朱鹮基因库，为设计朱鹮特异性扩增引物打下基础。

朱鹮“带娃”。田宁朝摄

“这个羽毛就是当时我们采集的比较好的一个样本，它的尾管较粗，采集朱鹮的残留物也会较多，更利于我们做DNA提取。”看着装在透明袋子里来之不易的朱鹮羽毛，参与朱鹮基因库建立的陕西省环境监测中心站范懿蕾博士很是高兴。

目前，该团队已成功收录超过三个城市的朱鹮基因组数据，涵盖不同年龄、性别和地理种群。为后续环境DNA的精准对比提供了“黄金标准”。

当朱鹮环境样品被送至位于咸阳市的陕西省环境DNA生物监测实验室，实验人员确认样品无误后，便开始对样品进行破碎、研磨、裂解与纯化，以提取样品中的朱鹮DNA，并完成质量检测。

由于空气中朱鹮的残留物非常稀少，甚至可能还混杂着包括人类与其他鸟类残留物在内的干扰物，那么如何从微量且“鱼龙混杂”的样品里有针对性地检测出朱鹮DNA？这就要提到研究团队开发的基于DNA分子的朱鹮靶向qPCR监测技术体系。

“这一技术是突破微量检测瓶颈的关键。我们此次开发的朱鹮qPCR监测方法，灵敏度非常高，环境中哪怕仅有1个DNA分子都能被检测到。qPCR监测体系是基于朱鹮特异性引物，扩增环境样品中的朱鹮DNA，实时监测扩增曲线，并推算原始DNA浓度。”咸阳市环境监测站分析测试中心副主任张翠荣介绍，这项技术使野外难以计数的朱鹮数量转化为可量化数据。

要知道一条河里有多少鱼，环境DNA技术靠一个水样就能知道。不过这时需要对水样里的DNA进行无差别扩增，而qPCR技术则不同，它是有针对性地扩增样品中的朱鹮DNA。这类似“磁铁”作用，能根据朱鹮的特异性精准“吸”出其DNA进行扩增。这正是陕西省突破环境DNA技术的关键所在。

有了qPCR技术帮助，实验人员在收到可能包含朱鹮信息的环境样本后，不到5个小时即可完成环境DNA全流程分析。

2024年，通过在多个放飞基地所在的流域开展朱鹮环境DNA监测，该团队发现朱鹮开始向引种基地上下游扩散。

“通过此次监测，我们发现朱鹮目前在陕西省不仅局限于汉中市，通过引种、野化放飞等方式，已在800公里以外的榆林市引种基地的上下游有所发现。”陕西省环境监测中心站副站长高艳芬介绍，这表明陕西省一直大力推进的朱鹮野化放飞工作取得显著成效。并且，榆林市无定河放飞区域朱鹮残留物监测浓度最高，启发我们未来可以着重采集湿地保护区内的环境样品。

对比水、空气、土壤全环境介质监测，空气采样效率最高

将环境DNA技术引入朱鹮种群监测，在全国来说尚属首次。没有可遵循的先例，也没有可借鉴的经验。哪种监测方式最有效？陕西省决定对朱鹮生活过的水、空气、土壤开展全环境介质监测。

在采样点位选择上，研究团队根据功能分区，将繁殖区、觅食区、迁徙停歇点按照3:5:2的比例分布，沿同一流域每5公里布设一个点位，监测扩散路径。监测点远离人类活动和工业污染区域。

空气样品采集依托空气环境DNA采样器，自动抽取过滤空气，将可能包含朱鹮残留物的细小颗粒物富集在采样滤膜上。水体样品采集原理类似，采样人员依托水环境DNA过滤仪搭配一体化富集器，采集不少于15升的江水或者河水，从中过滤、富集可能包含朱鹮信息的DNA残留物。

土壤样品的采集有所区别，采样人员根据不同土质搭配不同形状的钻头，选取一平方米左右的样地，将其平均划分成九宫格，分别钻取样方四角和中间五个子样方的土样，最后得到大约50克土壤样品。

图为生态环境监测人员用钻头采集土样，进而捕集朱鹮在湿地的残留物。张博摄

“2024年，我们团队在榆林、铜川、汉中三市的主要河流边共设置22个采样点位，同时采集可能包含朱鹮残留物的水、空气、土壤样本。可喜的是，成功从21个点位检出朱鹮DNA。”范懿蕾博士说。

不仅如此，研究团队还利用不同环境介质之间的检测结果相互印证，不但提高了监测准确性，而且率先确认了大型珍禽鸟类最适宜的监测介质为空气环境DNA。

范懿蕾说：“从上次监测结果来看，以无定河为例，我们从空气样品中检出的朱鹮DNA浓度约为每微升37个DNA序列片段，土壤样品约为每微升7个DNA序列片段，水样每微升不到1个DNA序列片段。综合多次监测结果来看，从空气样品中检出朱鹮DNA的有效率最高，水样有效率最低。”

为何空气样品中朱鹮的DNA浓度最高？研究团队分析发现，朱鹮作为一种涉禽，不会长时间在水中停留，且其个体数量通常不多，因而水体样品富集后检测浓度较低。土壤采样位置固定，面积受限大，难以进行大范围采样，即使从一个样方得到朱鹮DNA信息，也具有偶然性。

空气样品则不同。“它的优点在于，可以大量、长时间、大范围地富集样品，富集时间越长，滤膜上附着颗粒物就越多，捕捉到朱鹮DNA的概率就越大。所以，空气是目前最适宜监测朱鹮的一种环境介质。”陕西省环境监测中心站生态质量监测室副主任罗仪宁解释。

多元监测相互弥补，实现濒危物种监测精准高效

在20世纪80年代，全世界仅存7只野生朱鹮。经过40多年拯救与保护，如今朱鹮的种群数量突破万只，成为世界濒危物种成功拯救案例。朱鹮种群数量变多，分布范围扩大，对监测工作提出了新要求。

在朱鹮保护工作中，对幼鸟动态监测及朱鹮重点栖息地的监测，历来是重中之重。来自陕西汉中朱鹮国家级自然保护区的巡护员回忆，当朱鹮数量极少时，朱鹮飞到哪里他们的巡护工作就跟到哪里，野外巡护监测以摩托车为主，外配一副望远镜。

科技革新为朱鹮保护注入新动能。以主流的GPS卫星定位器为例，它突破了时空限制，可实时获取朱鹮个体位置、活动轨迹及扩散路径，且覆盖范围广，支持全天候监测。一次佩戴，可持续监测2-3年，能够定时接收朱鹮活动数据，有效克服人工监测易受干扰的缺点。

然而，这项技术仍存在应用瓶颈。陕西师范大学生命科学学院于晓平教授，是朱鹮保护与研究方面的资深专家，他介绍：“目前朱鹮跟踪器的佩戴方式主要有两种，一种是腿负式。因为朱鹮腿较短，所以在觅食时跟踪器易被水淹没，会影响信号接收，也易损坏。另一种是背负式，虽然信号容易接收，然而绑定跟踪器的带子松紧程度难以把握，可能导致朱鹮被树枝等异物悬挂受伤。”

此外，选择性地安装、使用寿命、后期服务费用等因素，都制约着GPS定位器作用的发挥。

研究人员利用环境DNA技术监测放飞后的朱鹮，绘制了其基因浓度分布图。受访单位供图

而环境DNA技术实现了朱鹮监测“从无形到有形”的转变，为朱鹮监测体系的完善提供了新方案。

罗仪宁解释：“对于环境DNA技术来说，即使朱鹮没有直接出现，也能通过它在水体、土壤或空气中的残留DNA捕捉到朱鹮分布证据。也恰恰因为这种特性，环境DNA技术格外适用于珍稀濒危物种的靶向监测，我们可以在不惊扰、破坏目标物种生存环境的情况下开展监测工作。”

罗仪宁介绍，在这一技术开发之际，团队就录入了朱鹮近缘物种的DNA信息，使得能成功区分朱鹮的近缘物种，达到靶向定量监测，从而避免人力监测因视线不清、认知水平差异等因素，将其他外观相似的近缘鸟类误认成朱鹮。

在张翠荣看来，环境DNA技术的魅力也在于“无中生有”。“这项技术就是在看不到的地方找到存在过的证据，环境DNA技术好比是监测工作的‘CT机’，除了朱鹮，它还能帮助我们监测到其他珍稀濒危物种。”

面对监测手段的多元化，于晓平教授强调协同使用的重要性：“传统人工监测、GPS追踪定位监测、环境DNA技术各有所长，三者可以结合使用，相互弥补，共同服务朱鹮种群精准、高效监测。”

据监测站工作人员介绍，当前，这项技术可做到朱鹮的半定量监测，即一个地方有没有朱鹮，测到的浓度是多少。今后，随着监测技术完善、监测区域扩大、监测周期变长，有望做到朱鹮的绝对定量监测，即一个地方有哪些朱鹮种群、它们的亲缘关系是什么、栖息地环境如何、生活得怎么样等。

这套融合前沿科技的保护方式，不仅为朱鹮种群可持续发展提供技术支撑，更为包括朱鹮在内的其他濒危物种拯救与保护贡献“陕西方案”。