Metabarcoding技术在植物鉴定和多样性研究中的应用

目前植物学研究已进入后植物志时代,iFlora的实现需要以传统植物分类学及相关研究为基础,整合基于高通量测序的DNA条形码（DNAbareoding）技术并开发便携式快速鉴定仪器及构建信息平台。传统植物鉴定多基于形态学分类,而近年来快速发展的DNA条形码快速鉴定技术被各界分类学家认可,在植物鉴定中也被广泛应用。但DNA条形码技术仍存在一些问题亟待解决,如种的鉴定需要多个条形码的解析、Sanger测序平台无法处理混合样品。本文介绍了传统植物分类技术和DNA条形码技术在植物研究中的应用和遇到的瓶颈;并重点介绍了基于高通量测序的metabarcoding技术在植物鉴定及多样性研究中的应用及前景,及其与iFlora的关系。     

昆明地区香石竹病毒病流行状况调查及脱病毒苗的制备

对昆明地区3种不同生产模式下的香石竹（Dianthus caryophyllus L.)进行了调查,采集样本146号,利用酶联免疫法和电镜检测法对样本感染香石竹病毒的情况进行检测,结果表明昆明地区主要流行的香石竹为香石竹斑驳病毒和香石竹坏死斑点病毒,以带香石竹斑驳病毒的香石竹品种“俏新朗”为实验材料,研究了直接剥茎尖法,高温处理结合剥茎尖法和病毒痤处理结合剥茎尖法3种方法在脱病毒效率和茎尖成苗率的差异,实验结果表明以加热处理结合剥茎尖法脱病毒效果最好,0.2mm茎尖脱病毒率可达77．78％,加5％病毒座处理对脱病毒有一定的影响,直接剥茎尖法脱病毒效果最差。     

中国植物志、Flora of China和维管植物新系统中科的比较

《中国植物志》和“Flora of China”是目前世界上最大型、记录植物种类最多的植物志,它为有效保护和合理利用我国的植物资源提供了极为重要的基础信息和科学依据。近年来,基于分子系统学研究提出的APG系统被广泛接受,相应方法得到的系统也相继应用于整个维管植物中。以APG系统为代表的维管植物新系统为全面和系统地修订植物志提供了新的系统框架。本文依据最新的分子系统学“线性排列”成果与《中国植物志》和“Flora of China”在科级水平上进行对比,确定了以APG系统为代表的分子系统框架下中国维管植物为309科,其中石松类和蕨类植物38科,裸子植物10科和被子植物261科。尽管中国维管植物不少科的界限发生了较大的变化,其总数却变化不大,在《中国植物志》中为300科,“Flora of China”为309科。此外,还重点介绍了一些主要科的变动情况。     

香石竹的脱病毒苗与带病毒苗生长发育特征比较

以香石竹（Dianthus caryophyllus L.）,带病毒组培苗和扦插苗作为对照,研究香石竹脱病毒苗在苗期和花期的生长发育特征。实验结果表明,在苗期,香石竹脱病毒苗在株高、叶片数、分枝数、叶面积和根、茎、叶的干重等大多数营养生长发育指标明显优于对照。在花期,脱病毒苗在花苞和花朵直径,花枝高度和粗度等花质量指标明显优于对照,且脱掉病毒显著提高了花产量,缩短了生长发育期。     

香石竹的脱病毒苗与带病毒苗生长发育特性比较

以香石竹(DianthuscaryophyllusL.)带病毒组培苗和扦插苗作为对照,研究香石竹脱病毒苗在苗期和花期的生长发育特性.实验结果表明,在苗期,香石竹脱病毒苗在株高、叶片数、分枝数、叶面积和根、茎、叶的干重等大多数营养生长发育指标明显优于对照.在花期,脱病毒苗在花苞和花朵直径,花枝高度和粗度等花质量指标明显优于对照,且脱掉病毒显著提高了花产量,缩短了生长发育期.     

构建基于磁珠微流控芯片的iFlora遗传信息高效获取系统

磁珠以其比表面积大、易与生物分子耦联、操控方便等优点,在生命科学中得到了广泛应用。随着微机电系统（MicroElectroMechanicalSystems,MEMS）技术的发展,将磁珠应用到微流控芯片中构建磁珠微流控分析系统,为生物样品分离、检测提供了一种全新方法。新一代植物志iFlora融入现代DNA测序技术．应用高速发展的信息、网络技术及云计算分析平台,收集、整合和管理植物物种相关信息,以实现物种智能鉴定和数据提取,而包括DNA条形码在内的遗传信息及其获取技术在iFlora中的作用至关重要。本文重点概述了基于纳米磁珠的微流控芯片技术及其在分子生物学领域中的应用,提出构建基于纳米磁珠微流控芯片的iFlora遗传信息采集系统,在微芯片上完成从DNA提取到测序全过程,实现物种遗传信息的快速、高效获取。     

遗传信息及其获取技术与iFlora

随着世界主要国家和地区传统植物志的完成和即将完成,植物学进入后植物志时代。由于学科的积累和科技的发展,新一代植物志（iFlora）成为植物志发展的必然。本文概述了iFlora的特点、主要构件和应用范围;介绍了近三十年来遗传信息及其获取技术的发展概况,以及它们在iFlora中的重要作用;讨论了目前技术条件下各类遗传信息获取技术的优劣和整合提高的方法;提出了iFlora实施过程中的阶段性目标;以及随着数据信息的快速积累,相关技术特别是快速、简便测序技术和设备的发展与iFlora可能的最终发展目标。     

关于iFlora创建工作框架的建议

iFlora是依据传统植物分类学及相关学科的研究基础,融入现代DNA测序技术,应用高速发展的信息、网络技术及云计算分析平台,收集、整合和管理植物物种相关信息,以建成智能物种鉴定和数据提取的开放应用系统（智能装备）。通过与该系统的双向交流,一方面,可以不断整合新的数据和技术充实iFlora的内容和功能;另一方面,可以通过该系统的多种鉴定途径实现快速、准确和方便的物种鉴定,获取所需物种的相关信息,满足专业机构和公众对物种和生物多样性的认知要求。本文重点介绍了构成iFlora的应用装置和支撑该装置的实物库（凭证标本、分子材料和DNA库）的建设及其重要性;阐述了构成iFlora各单元的高度整合和集成的特点,以及基于计算机技术的物种信息数字化和开放的云计算数据分析处理服务平台的枢纽作用;并讨论了iFlora创建过程所面临的困难和挑战,以及拟研发的智能装备的框架和应用前景。     

新一代植物志：iFlora

进入21世纪,随着分子生物学及计算机信息等技术的快速发展,人们认知自然的手段和方式发生了根本性的变化。在现有电子植物志（eFlora）的基础上,融入新一代测序技术、DNA条形码数据、地理信息数据和计算机信息技术等新元素的新一代植物志（iFlora）应运而生。iFlora是通过系列关键技术的集成和攻关,构建便捷、准确识别植物和掌握相关数字化信息的新一代植物志（或智能装备）,它将极大地促进植物分类学和系统发育、演化生物学、生态学、生物地理学和保护生物学等相关学科的发展,有效地服务于生物多样性保护和生物资源可持续利用、国家生态安全和社会公共教育等,并进一步提升公众对生物多样性的认识。iFlora的实施,将为培育和拓展物种识别圈（taxasphere）和生物文化圈（bioliterate world）做出应有的贡献,并可能成为引领国际植物学发展新的生长点。     

数字植物标本在科学研究中的应用: 进展及挑战

全球自然历史博物馆中保存着约3.9亿份植物标本,这些标本为科学研究提供了重要支撑。近20年来,随着标本数字化的发展,数字植物标本在科学研究中的应用日益广泛。数字植物标本不仅为标本传统的用途提供了便利,而且衍生出了新的研究主题和方向。鉴于目前中文文献中缺乏数字植物标本在科学研究中的应用概述及所面临挑战的分析,该文概述了全球植物标本数字化的现状,并对数字标本在生物地理学、入侵生物学、气候变化和保护生物学等领域中的应用情况进行了综述。主要集中在以下5个方面:(1)生物地理学研究中物种分布格局及其成因;(2)编制入侵植物名录、重建入侵历史和预测入侵风险;(3)气候变化情景下植物分布格局的变迁机制;(4)生物多样性编目和保护区规划;(5)其他相关应用(如农业和民族药物学等)。最后,针对数字植物标本应用中存在的问题进行了讨论,并提出了应对策略,同时提出开发将数字标本与其他学科大数据进行整合分析的新理论、新方法和新工具,为植物学及相关学科提供参考。