PIT标记在野生动物个体识别中的应用研究

黄松林 胡德夫 陈 力

(1.北京林业大学自然保护区学院，北京，100083；2.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，国家林业局全国野生动植物研究与发展中心，北京，100091)

PIT标记在野生动物个体识别中的应用研究

黄松林1，2胡德夫1*陈 力2

(1.北京林业大学自然保护区学院，北京，100083；2.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，国家林业局全国野生动植物研究与发展中心，北京，100091)

PIT；

以标记实现个体识别是野生动物研究和保护管理的基本前提。传统标记方法存在标记物易脱落或损坏、可能影响被标记动物生理和行为、难以准确实现个体识别等缺陷。被动集成应答器(passive integrated transponder，PIT)技术已逐步应用于野生动物的研究和保护管理，标记动物个体识别的准确性和效率得到极大提高。介绍了PIT的硬件装置及特点，总结了其在野生动物行为学、生理学、保护监测、驯养管理和经营利用等领域中的应用，讨论了其在动物个体识别上的优势和局限性，并对其未来的发展和应用进行展望。通过与其他技术的结合，可使PIT在野生动物科研和保护管理中发挥更加重要的作用。

以标记实现个体识别是野生动物研究和保护管理的基本前提。传统的耳标等标记方法存在标记物易脱落、可能影响被标记动物的生理和行为、难以准确实现个体识别等缺陷[1]。随着科技的发展，卫星和无线电遥测(Satellite-and radio-telemetry)、无线射频识别(Radio frequency identification，RFID)、被动集成应答器(Passive integrated transponder，PIT)等技术已逐步应用于野生动物的研究和保护管理[2-3]，标记动物个体识别的准确性和效率已得到极大提高。其中PIT又称为被动式电子标签或无源微芯片，在国际上广泛应用于宠物、畜禽和实验室动物的标记管理，对野生动物的使用相对较少。PIT在我国虽以宠物标记为起点，但在野生动物保护管理中得到了广泛应用。

1 PIT标记简介

PIT是一种置于和生物组织共容的生化玻璃管中，注写有标识代码的电子微芯片(microchip)装置，整体基于无线射频识别技术，一般长约12 mm，直径2.12 mm，也有长8 mm，直径1.4 mm等其他规格。被动式主要指微芯片平时不工作，当开启的阅读器靠近至一定距离才会被激活，使芯片上的谐振电路感应到外界磁场产生振荡，并发射内存的标识代码至阅读器(图1)。生化玻璃管不但可使动物有效免受异物排斥反应，而且具有保护微芯片免受生物体组织破坏的功能，如无该保护管，标记失败率将高达30%[4]。PIT以针头注射的方式被植入动物的皮下或腔体，理论上可在动物体内永久留存。PIT注写的一组标识代码作为标记动物的个体身份号码，通过国际统一的编码管理，可以确保该其全球唯一性。

图1 PIT标签工作原理图示Fig.1 The working principle of PIT

PIT最早应用于鱼类运动学研究，之后被广泛应用于哺乳类[4]、鸟类[3]、爬行类[5-6]、两栖类[7]，甚至无脊椎动物的相关研究[8]，在野外研究、圈养繁育以及野生动物贸易等领域发挥了重要作用。通过重捕(recapture)PIT标记个体，能够从个体、种群或群体水平对动物开展短期或长期的监测，可以分析动物生长率、性比、年龄结构等种群动态学参数，也可探究种群社群结构和个体间行为关系的时空动态特征[9]，同时对于阐释生态系统中食物网结构也十分有效[10]。PIT以其优势被《濒危野生动植物种国际贸易公约》(the Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora，CITES)推荐应用于濒危野生动物的活体标记。1992在日本京都召开的第8届CITES缔约国大会提出：使用植入式代码微芯片对贸易中的活体动物进行标记。认识到：植入式微芯片已被广泛应用于动物个体的识别；该标记方法在管理公约附录物种活体标本方面具有潜力。

2 PIT在野生动物活体标记中的应用

2.1 行为学研究

在行为学研究中，个体识别对于研究动物种群内个体间行为关系至关重要。Sloman 等对一群虹鳟鱼(Oncorhynchusmykiss)植入PIT，通过PIT追踪每条个体，确定了虹鳟鱼的社群等级结构，并发现高等级的虹鳟鱼在遭受重金属污染时，其体内蓄积的重金属含量低于中下等级的虹鳟鱼[9]。对于营变态发育的两栖类，微芯片的大小对其个体监测、运动行为研究以及繁殖行为的测定无显著影响，因此PIT解决了两栖动物个体识别的难题[11]。通过对南部飞鼠(Glaucomysvolans)植入微芯片，并用自动阅读器对其连续监测28周，发现南部飞鼠的社群结构与空间临接性有关，而与个体间亲缘关系无关[12]。对37只针鼹鼠(Tachyglossusaculeatussetosus)植入PIT，通过追踪观察，并结合气味分析结果，发现化学气味对于个体间行为关系和沟通具有重要作用[13]。PIT甚至能够揭示猎物-捕食者的关系，当植入了PIT的猎物被捕食后，PIT也随之进入捕食者体内，通过扫描阅读PIT，就能够获取相关信息[9]。PIT在其他技术无法检测有害影响的保护领域是一个强大的工具，Liedtke 等[14]研究了捕捞方式对几种大马哈鱼野外放归的影响，为捕捞方法提供了科学指导。

2.2 生理学研究

通过技术改进，加载生理监测功能，PIT能够用于监测动物的生理活动。Roark和Dorcas进行了一项实验室实验，将对温度敏感的PIT植入蛇的体内，可以辅助研究蛇的体温变化及其调控机制[15]。由于PIT标签体积小、使用寿命长，Connette等认为PIT有助于以前所未有的角度研究动物生理行为，尤其是其他技术难以解决的问题[16]。例如，PIT在两栖类动物地下生理特征的监测方面具有得天独厚的优势。研究表明，即使对于体型较小的谢尔无肺螈(Plethodonshermani)(体重范围：2.14～5.18 g)，仍然可以承载PIT标签植入，并证实了以前的研究，即PIT标记对两栖类动物的生理健康和生存无显著影响。研究还进一步表明，PIT是定位地下蝾螈的一种有效方法。

2.3 保护监测

为了深入研究人工繁殖大鲵(Andriasdavidianus)在野外的生存状况，在进行野外放流时，对100尾大鲵植入PIT标签，通过对迁地种群动态进行监测，采集体长、体重、存活时间等各种资料并建立种群数据库，为其科学有效地恢复和增殖提供了科技支撑。王启军等对347尾幼鲵的尾部皮下层和肌肉层分别进行横向和纵向PIT标记，通过6个月的跟踪观察，发现尾部皮下层纵向植入法对幼鲵肌体伤害最小，脱落率最低，为3.0%[17]。中华鲟(Acipensersinensis)具有特殊的洄游习性，然而对其研究还比较缺乏，比如有关中华鲟幼苗的具体洄游路线，以及在洄游过程导致死亡的因素，目前的研究仍停留于定性描述阶段。从2014年开始，研究者对放流的3 000余尾中华鲟当中的61尾进行PIT标记，在其洄游沿途设置了13个监测站点，通过收集监测结果，获得了中华鲟洄游信息的基础数据。在哺乳动物种群监测中，PIT标记也得到成功应用。例如，杨慧等[18]利用PIT标记重捕技术开展花鼠(Tamiassibiricus)种群动态的研究，结果表明该标记对动物体重增加没有影响，能有效监测动物种群的变化。

2.4 保护管理

CITES提倡将采用PIT标记的历史数据在国际物种信息系统(International Species Information System，ISIS)、物种生存委员会(Species Survival Commission，SCC)的圈养繁殖专家组(Captive Breeding Specialist Group)等相应的数据库进行备案，以尽可能掌握全球野生动物的基本情况和人工资源增减的变化趋势，建立包括活体动物个体标识代码、养殖单位基本情况以及活体动物谱系状况等基本信息的数据平台。

国际野生生物保护学会(Wildlife Conservation Society，WCS)和美国内华达州野生动物保护部门共同开展了一项为野生黑熊(Ursusthibetanus)幼崽植入PIT标签，以监测幼熊成活率和成长情况的实践。越南政府为保护管理黑熊，于2005年对所有合法圈养的黑熊个体植入了电子微芯片，以防止非法来源的黑熊个体混入合法市场或者圈养个体被新捕获的野生个体替换。为了打击犀牛(Rhinocerotidae spp.)偷猎行为，肯尼亚野生动物管理局将PIT标签分别植入犀牛的角和身体，以确保犀牛角被割去后仍能对犀牛进行追溯。这些PIT标签还有助于提供野生动物非法贸易及偷猎的证据，严厉遏制偷猎和走私行为。除了打击非法行为，动物管理局还将PIT标记技术和法医学DNA技术相结合，监测犀牛以及犀牛角的数量和踪迹。近年来，以打击野生动物违法犯罪为目的，PIT标记在世界各地的应用得到了极大扩展。目前，老挝90%以上人工养殖的亚洲象(Elephasmaximus)已经植入PIT标签，并登记注册，以对其更好地进行监测。印度也将PIT标签植入亚洲象体内，建立了大象健康信息数据库，为相应的饲养和保护管理提供了技术支撑。

20世纪90年代及以前，我国应用PIT标记主要以科研为主，数量不多。2000年以后，在宠物、工作犬等动物身份管理以及部分野生动物的谱系管理上的应用逐步增加。根据国家野生动物保护管理的要求，为建立野生动物的人工驯养繁殖档案，促进科学繁育，同时防止野外资源破坏，规范驯养繁殖和经营利用活动，自2006年1月1日起依法驯养繁殖的虎(Pantheratigris)、豹(Pantherapardus)、狮(Pantheraleo)、象、野马(Equuscaballus)、野驴(藏野驴Equuskiang和蒙古野驴Equushemionus)、羚牛(Budorcastaxicolor)、大熊猫(Ailuropodamelanoleuca)、小熊猫(Ailurusfulgens)、熊、猩猩(Pongidae)、长臂猿(Hylobatidae)、金丝猴(Rhinopithecusroxellanae)、叶猴(Presbytisspp.)、鹤(Gruidae)、鹳(Ciconiidae)、天鹅(Cygnusspp.)等现存所有种及亚种全部实行活体标记管理，正式启动了我国圈养野生动物的活体标记工作。上述17大类野生动物涉及物种100余种，加之人工养殖的食蟹猴(Macacafascicularis)、猕猴(Macacamulatta)被列入标记管理范围，截至目前，我国实行活体标记的圈养野生动物个体数量累计超过25万头/只。上述物种全部采用PIT标记方式。因而可以说，我国虽然应用PIT标记起步较晚，但是PIT标记的使用范围广泛，使用数量增长迅速。

3 PIT标记与传统标记方法比较

3.1 传统活体标记方法

因动物类群和研究目的不同，各种各样的动物活体标记技术应运而生。根据标记位置不同，可分为体内标记和体外标记；根据对动物有无损伤，又可分为自然标记、非损伤标记和损伤标记；根据标记的实效，可分为永久性标记、半永久性和临时性标记[1]。

传统活体标记方法可归属于体外标记，其中切趾、剪耳、烙印、文身法属于永久性标记方法。半永久性标记包括耳标(包括耳环)、脚环、翅环和项圈等。临时性标记包括剪毛、染色、疤痕法等。这些方法各有利弊，适用范围也不尽相同。切趾和剪耳较适用于小型动物，烙印和文身较多应用于大型哺乳动物，且都对标记动物的行为甚至生存产生影响[19]。耳标和耳环可能造成动物听觉不够灵敏，脚环和翅环多用于鸟类环志，但信息含量低且易于磨损和丢失。项圈的大小难以控制，甚至会制约标记个体觅食、运动以及增加被捕食风险。无线电项圈和卫星项圈一方面受限于电池容量，另一方面使用成本也非常高昂[20]。

3.2 PIT标记的优点

3.2.1 信息量大、识别迅速

相比其他标记技术，PIT标记具有许多不可比拟的优势。其芯片储存的信息量大、持久可靠、识别迅速，性能稳定，体积微小。最重要的是，PIT标记克服了体外标记物易磨损和脱落丢失的不足。此外，PIT标记可实现全球编码的唯一性，便于从全球尺度开展物种监测与保护合作，有利于不同的学科组在不同地域开展研究时交换研究成果，避免重复工作，提高研究效率和准确性。PIT标记还具有在严酷环境条件下正常工作的特性，耐热和耐寒性强。如果与自动阅读器配套使用，无需再次抓捕个体。即便动物在运动的状态下，仍然可以被阅读器快速、准确识别。研究表明鱼在游速达3.6 m/s时仍能被读取到PIT标记。

3.2.2 信息永久、可靠度高

与体外标记方法相比，PIT标记的另一个特点是信息可靠度高，标记检测率达到95%～100%，读取正确率接近100%，标签保留率因不同物种而有所不同[21]。大多数标签脱落、丢失的原因主要是标记过程操作不规范。研究表明，标签主要从注射后的针眼处脱落，但这基本可通过对针眼止血操作加以避免，或注射后用皮肤粘胶闭合效果更佳[21]。PIT无须更换能源，即使在动物体内存留几十年都不会出问题，理论使用年限远超过绝大多数野生动物的自然寿命。总之，PIT已在多个野生动物类群中均有应用，是一种安全、精确、简便、稳定又经济的永久性动物个体辨识方法。

3.3 PIT标记存在的问题

3.3.1 损伤和脱落的不确定性

正如任何一种标记方法一样，PIT标记也有局限性。某些体型过小的物种或者亚成体并不具备植入PIT标签的条件，不得不寻求其他标记方法。例如，Buhlmann和Tuberville曾成功将PIT标签植入红耳龟(Trachemysscriptaelegans)体内，但并不推荐用于鱼苗或刚孵化的小鸟[6]。尽管Ott和Scott 为体重只有2～4 g的蝾螈成功实施PIT标记，但不是采用注射法而是外科手术法，要求操作时特别谨慎[6]。Keck等给重约2.5 g的小蛇标记了PIT，虽然对生长和游泳速度无影响，但确实造成3只标记个体永久性生理损伤。一项比较翅环和PIT对雏鸟影响的实验表明，翅环这种体外标记更适宜于体型较小的雏鸟，成本较低且标记步骤简单易行[22]。

除了体型制约因素外，PIT标签相对于动物体是外源性异物，在植入过程中难免造成动物应激，植入后对一些个体还可能造成行为或生理上的不适。不过，这个局限性并非PIT标记所独有，其他任何需要抓捕个体的标记方法都不可避免会对动物造成应激。研究发现，一种蛇对PIT标签的排异反应较大，通过消化系统将53%的PIT标签排出体外。PIT标签丢失率在一些动物中还存在性别差异，例如雄性钝吻豹纹蜥(Gambeliasila)的PIT标记丢失率显著高于雌性，主要是由于雄性打斗过程中PIT标签易于脱落[9]。2007年在广西某养殖基地进行虎的PIT标记时，现场发现因芯片植入环节操作不当，在拔出针头时芯片被拖带而出。因为植入操作不规范、植入部位不科学等原因还容易造成PIT标签存留位置漂移，俗称“游走”，给阅读器扫描造成一定的困难。实践表明，严格按照相关技术规程的要求进行操作可以确保PIT标签的成功植入和安全留存。截至目前，我国对野生动物实施的PIT标记尚未发生对标记动物的生理性伤害，未发生因活体标记导致动物伤亡的案例。

针对上述问题，在应用PIT标记技术时需要注意一些影响标记效率的因素。为了扩展PIT标记在野生动物保护管理中的应用，PIT标记对动物的影响正逐步得到重视，在进行大规模标记前，开展标记风险评估试验已成为研究的前提。比如，通过探究PIT标签的注射部位以找到最佳标记位置，因为身体的不同部位对PIT保留率不同。研究表明，PIT标签的重量不宜超过被标记动物体重的4%[23]。

3.3.2 阅读距离短和使用成本高

PIT标签的感应磁场范围小，其阅读距离主要取决于阅读器的功率，核心是阅读器天线的长度。常规条件下，以12 mm×2.12 mm PIT标签为例，口袋式阅读器的阅读距离最远为3～5 cm。中距离阅读器的阅读距离最远为15～20 cm。大型阅读器的阅读距离最远为25～35 cm。因此，相对于无线电遥测和GPS卫星定位，PIT标记在远距离识别动物个体方面存在先天缺陷。PIT更加适合于对温顺型野生动物的标记，对于猛兽或难以正常接近的野生动物而言，存在标记和阅读时均需要对动物进行保定的问题。另外，芯片阅读效果易受金属的干扰，植入PIT标签的动物个体如果处在金属网格或围栏的圈舍中，也会制约阅读效果。还有一个影响PIT标签阅读效果的因素是PIT标签和阅读器必须在同一频段工作，即任一标签并非可被所有阅读器识别。在PIT标签和阅读器来自于不同厂家时，该问题尤为突出。还可能因为设备的频段不同，即使是同一厂家生产的PIT标签和阅读器，也不一定能够通用。从而对于养殖单位繁育管理、商业狩猎、宠物交易、野生动物经营利用管理和执法造成不小的麻烦。其实，这一问题通过厂家提供符合ISO11784/11785标准的PIT标签可以避免，但前提是使用者必须了解和熟悉行业状况。

鉴于上述复杂性，PIT标记并未像塑料耳标等其他传统的活体标记方式一样价格低廉，但随着科技的发展和RFID整体技术应用的稳步扩展，PIT标签的市场价格持续呈现下降趋势。上个世纪90年代，含一次性灭菌注射器的PIT标签零售单价约50元以上，2006年，PIT标签市场零售单价约20～40元，2010年PIT标签市场零售单价已普遍降至25元以下，2016年已普遍降至20元以下。阅读器也因不同厂家和不同型号而价格不同，国外原装阅读器的市场价格仍然较高，平均为3 000～9 000元一台。比较而言，国内生产的阅读器价格从口袋型至最远型约1 500～5 000元一台，使用效果好，且具有明显的价格优势。市场上常见PIT标签生产商有AVID、Biomark、Bio Media Data System、Digital Angel和Trovan等。尽管与某些传统标记方式相比，PIT标记的成本相对较高，但相对于无线电遥测和卫星发射器的标记方式而言仍然是相当的低廉。

4 PIT标记的应用前景

由于技术上的客观限制，PIT标记还存在一些问题，但随着对PIT标记技术的关注度越来越高以及电子技术的不断发展，PIT标签将在体积越来越小、植入方法越来越简单、成本越来越低、读取距离越来越远等需求之间不断寻求和获得更佳方案。另外，大多数标准阅读器对潮湿特别敏感，对于阅读水生动物的PIT标签存在一定障碍。目前市场上已出现了防水型的PIT阅读器，尽管成本相对较高，但已迈出了前进的一步。为了获取PIT标记动物的信息，通过重捕不仅耗时耗力且存在不确定性，而在动物活动的路线上布设自动阅读器，可有效提高PIT应用的效率[22]。

PIT标记技术是一种标记动物的直接方法，将其与其他直接或间接标记方法结合运用正日益受到重视。Hamilton等采用PIT与无线电遥感相结合的直接个体标记，并基于线粒体DNA分析的间接个体识别，研究北美毛蜘蛛(Aphonopelmaspp.)的运动和扩散特征，从不同角度揭示了其复杂的行为生态学和种群遗传结构[24]。PIT标记以其个体识别准确度高的优点，可以弥补稳定同位素在分析动物运动行为中的不确定性，例如在鱼类觅食行为生态学研究中将二者相结合[25]。PIT标记与分子技术还能起到相辅相成的作用，Unger等采用微卫星标记对大鲵进行个体识别，证实了PIT标签在大鲵样本中的保留率为100%[26]。

PIT标记是一种非损伤性技术，能够为研究者和管理部门持续提供动物的相关数据[27]。国际上倡导建立以互联网为基础的PIT标记信息库，并鼓励PIT标签生产商一同促进PIT标记技术的发展。通过克服技术上的困难，并立足PIT标记的优点，PIT标记技术将被更加广泛地应用于活体野生动物的个体识别，以满足野生动物科研、保护和管理的基本需要。

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PIT；Wildlife；Individual identification；Application study

StudyonApplicationofPassiveIntegratedTransponder(PIT)inWildlifeIndividualIdentification

HuangSonglin1，2HuDefu1*ChenLi2

(1.BeijingForestryUniversity，Beijing，100083，China；2.ResearchInstituteofForestEcologicalEnvironmentandProtection，CAF，NationalWildlifeResearch&DevelopmentCenterofSFA，Beijing，100091，China)

Tagging methods for individual identification are useful for wildlife research and conservation.Traditional tagging or marking techniques generally have the disadvantage which influences the accuracy of individual identification，for example，tags can be lost，and sometimes the tag numbers themselves can become illegible，and tags can alter the physiology and behavior of or toward tagged individuals.Passive integrated transponder(PIT)has been gradually used to study and manage wildlife，because higher accuracy and effectiveness of individual identification have been obtained after the advent of PIT.Here，we briefly describe the hardware device and characteristics of PIT，summarize the application in animal behavior，physiology，conservation monitoring，breeding management，trade and utilization，discuss the advantages and limitations，and finally assess potential for future development and application.By integrating PIT technology with additional other relative instruments，PIT will play a more important role in the research and protection of wildlife.

稿件运行过程

2016-02-19

修回日期：2016-03-23

发表日期：2016-05-10

野生动物；

个体识别；

应用研究

S865

A

2310-1490(2016)02-172-06

黄松林，男，39岁，助理研究员；主要从事野生动植物标识标记技术服务与管理研究。

*通讯作者：胡德夫，E-mail:hudf@bjfu.edu.cn