中国植物标本馆数字化发展的缩影——江苏省中国科学院植物研究所标本馆(NAS)

江苏省中国科学院植物研究所标本馆(NAS)是中国最早的植物标本馆之一,也是国内最早开展植物标本数字化的标本馆,其标本数字化发展经历了4个阶段: 20世纪80年代后期尝试的标本文字信息数字化的起步阶段; 20世纪90年代末的标本图像数字化和文字信息数字化规范阶段; 2004年以后的标本批量数字化与信息网络共享快速发展阶段; 2018年后的标本数字化信息维护与优化阶段。这一过程集中代表和反映了中国植物标本数字化的发展历程。此外,近年来开始了发掘和利用江苏植物标本的数字化信息工作,包括建设江苏省级数字植物标本馆、开发江苏省维管植物标本时空分布可视化系统、开展标本采集-入库过程数字化等。今后,将不断深化标本数字化的工作,以期形成有NAS特色的数字化植物标本馆。     

广西植物标本馆馆藏模式标本现状与分析

模式标本是植物分类和命名的依据和凭证,也是植物资源保护与持续利用的重要基本资料。为提高模式标本的管理水平,促进其充分利用和互惠共享,该文对广西植物标本馆(IBK)馆藏模式标本的种类组成、采集地、采集年代及采集人等方面进行了统计和分析。结果表明:(1)本馆完成信息数字化的模式标本共计4 645号,5 736份,隶属于170科619属2 128种(含种下等级),馆藏模式标本收集的优势科有樟科、苦苣苔科、茜草科、山茶科、兰科、荨麻科、百合科、猕猴桃科、大戟科、柿科和杜鹃花科等,优势属有秋海棠属、蜘蛛抱蛋属、马兜铃属、紫金牛属和冬青属等。(2)模式标本分别采自中国的20个省(区、市)以及其他2个国家,模式标本采集较多的省区有广西(48.19%)、海南(24.14%)和广东(11.63%)。(3)历年模式标本采集高峰期在20世纪30年代和50年代,模式标本命名高峰期在20世纪80年代,与我国植物分类学的兴起,以及开展《中国植物志》编研等有关,模式标本的橱柜时间(标本采集到命名的时间间隔)平均为21年,橱柜时间最长为82年。该文还对模式标本的馆藏现状及数字化工作进行了讨论和展望。     

黑龙江省博物馆百年植物标本信息整理与挖掘

为了解20世纪中东铁路一带植物标本采集史,对黑龙江省博物馆百年植物标本进行数字信息化,再系统整理馆藏植物标本采集史并查阅参考大量相关文献,并进行统计和分析。共整理出3 659号沿着中东铁路采集的植物标本,其中含有137科578属1 500种植物,共有20种国家重点保护野生植物。主要采集者有苏联的高尔捷也夫（T. P. Gordeev）、热尔纳科夫（V. N. Jernakov）、包阔洛夫斯基（V. S. Pokrvsky）、科兹洛夫（I. V. Kozlov）,以及中国的刘德等。采集地涵盖了5个省份,大多数标本采自黑龙江省及内蒙古自治区东部地区,少部分采自辽宁省、吉林省、河北省,77.23%的标本采集于1949年前。采集较多的科为菊科（Asteraceae）、禾本科（Poaceae）、蔷薇科（Rosaceae）,共占总植物标本号数的28.50%;采集较多的属为蒿属（Artemisia）、柳属（Salix）、薹草属（Carex）,共占总植物标本号数的7.29%。基于这些信息,目前整理的信息有助于填补东北地区植物采集史的空白,为东北及内蒙古地区今后的植物分类、植物区系及植物地理研究提供可靠...     

我国植物模式标本的馆藏量

植物标本是物种存在的永久凭证,模式标本在保障命名体系稳定中有不可替代的作用。标本馆藏量和模式标本数量反映一个国家或地区的历史积累。作者通过对比分析,发现我国的标本馆藏量远低于国际平均水平,模式标本馆藏量也相对较少,历史积累不足。在数字化本土馆藏模式标本基础上,标本数字化平台项目应将国外馆藏的中国植物种类的模式标本"引渡"回国。今后我国植物分类学研究者的重要工作之一是加强空白地区和国外标本采集,提高馆藏标本的代表性。     

紫堇属模式标本馆藏现状及分析

模式标本是发表新种的依据,对稳定物种学名至关重要。紫堇属(Corydalis DC.)隶属于罂粟科(Papaveraceae)荷包牡丹亚科(Fumarioideae)紫堇族(Corydaleae),是分类学研究的困难属之一。该研究首先基于《中国植物志》、Flora of China以及全球物种名录查询获得被认可的526个紫堇属物种,然后通过检索全球数字化植物标本数据库(JSTOR)、全球生物多样性信息网络数据库(GBIF)和中国数字植物标本馆(CVH)获得了其中395个物种1 894份模式标本,最后对获得的标本信息进行核实、整理和归纳,提取模式类型、馆藏地、采集人、模式产地和采集时间等关键信息进行统计分析。结果表明:紫堇属每个物种平均仅有约5份模式标本; 该属模式标本散落在全球80个标本馆中,其中超过85%为国外采集者采集。未来应当结合文献,加强对该属模式标本的信息考证和规范化整理。     

中国竹类植物馆藏标本现状与地理分布

馆藏标本是分类学研究的主要凭证, 对特定类群标本的采集信息进行细致整理和分析, 有助于理解该类群研究的历史、现状和不足。此外, 结合最新的系统学研究成果和相应的环境数据构建生态位模型, 可以加深人们对特定类群分类与分布状况的认识。被子植物的分类鉴定常基于繁殖性状进行, 然而, 竹类植物一般进行克隆繁殖, 只有在经过长期的营养生长之后, 才会进行有性生殖并同时死亡。因此, 国内的竹类标本大多仅记录了营养性状, 具有繁殖性状的标本数量稀少。由于这一特殊的生物学习性, 竹类植物是当今分类学研究中最为困难的类群之一。本研究基于全国竹类植物馆藏标本的采集数据, 分析了我国竹类标本的采集和保藏现状; 利用比值法和斜率法从采集地理偏差和采集类群偏差两方面评估了竹类植物标本的采集完整度; 结合气候数据, 利用模型模拟的方法分析了影响不同竹类分支分布的主要因素。采集信息分析结果表明, 国内标本馆对竹类标本的收集和保藏存在很大的不均衡性, 且对研究团队具有较高的依赖性; 其次竹类标本的采集量的变化较好地反映了国内植物分类学研究的历史; 而对类群和地理采集完整度的评估结果表明, 中国竹类标本的采集和整理工作仍任重道远。模型模拟结果表明, 温度限定了竹类植物两大分支各自的分布北界, 水分对温带木本竹类分支(temperate woody bamboos, TWB)的限制作用比旧世界热带木本竹类分支(paleotropical woody bamboos, PWB)强, 而温度对PWB的限制性更强。生态位模拟的结果进一步显示, 中国温带和旧世界热带木本竹类两大分支的适生区出现了明显的分化, 但在亚热带区域仍有部分重叠。植物标本记录了特定类群在时间和空间上的分布格局, 相关的信息一方面可以促进物种灭绝风险评估、可持续利用和综合保护, 另一方面也可助力大尺度生物多样性分布格局及全球变化对多样性的影响研究。     

基于馆藏标本的元宝槭资源分布研究

元宝槭(Acer truncatum)是无患子科槭属的落叶乔木,又名华北五角枫、元宝槭。因其翅果的形状像中国古代的金元宝故而得此名,是我国特有的油料树种。为了系统研究元宝槭在我国的地理分布和资源特点,该文通过调研国内外主要数字化标本馆的馆藏标本和已有文献,分析了元宝槭的地理分布格局与主要分布区的资源特点。结果表明:基于对收集的1 913份元宝槭标本的分析,元宝槭主要分布于我国东北和华北等地区的27个省/区/市,分布区域广、海拔差异大; 不同地区元宝槭叶片、果实形态大小存在差异,陕西省采集标本的平均果实直径明显大于其他地区; 部分元宝槭标本的采集地、采集时间等信息不全,少量标本由于采集或管理不当导致标本不完整。该文为利用数字化标本资源研究特色油料植物的资源分布情况提供了新的思路和方法。     

中国花楸属植物的分布及研究现状

花楸属(Sorbus L.)植物冠形多态、花色秀美、果实缤纷、四季叶色各异，具有很高的园艺观赏价值，但因属下种间杂交、多倍化和无融合生殖的存在，所以花楸属也是分类学上比较困难的一个类群。该研究通过细致整理和分析国家标本资源库和全球数字化植物标本数据库中花楸属植物标本信息，了解中国花楸属物种采集位置和野生种质资源的分布中心，构建中国花楸属植物标本数据库，为全国第一次林草种质资源的普查与收集提供参考；在明晰花楸属植物资源分布位置和生境的基础上，发现中国花楸属植物资源居世界之首且花楸属物种多分布在高海拔区域，尤其是在中国西南部的山区，分布有一半以上的中国花楸属物种，在该区域花楸属物种多种倍性并存、杂交频繁发生。然而，这是否为该属植物物种多样性丰富的关键因素，把高海拔分布的花楸属物种引种到低海拔区域能否适应以及如何适应低海拔的夏季高温尚不清楚。基于此，作者就自己的专业领域进一步检索了花楸属植物在形态分类与系统发育、适应性进化和保护遗传学、植物资源利用等方面的研究现状，梳理出花楸属植物目前研究尚未解决的问题，并进一步指出未来研究需重点关注的方向。建议未来的研究重点关注以下问题：(1)在坚实的系统...     

美国在华采集竹类植物标本的历史(1840-2010年)

植物标本采集是植物学研究的重要内容, 与植物引种密切相关。自19世纪以来, 美国植物采集者在全球尤其是中国进行了广泛的植物采集。在众多的植物类群中, 中国的竹类植物引起了美国采集者的极大关注, 并开展了大量调查研究和标本采集工作。研究美国植物采集者在中国采集竹类植物标本的历史, 对了解竹类植物从中国引种到美国的历史具有重要意义。本文基于国内外有关美国在华采集的竹类植物标本数据, 对其学名、采集地、采集人以及采集时间进行整理校对, 分析了美国采集者在华采集竹类植物标本的历史。结果表明: 1840-2010年, 美国在华共采集竹类植物标本960号2,238份, 隶属于25属120种(含变种和变型), 分别占中国竹类属和种数的73.5%和22.5%; 有45位(支)采集者(采集队), 在这些采集者中莫古礼最为重要; 采集地涉及20个省级行政区; 采集时间前后跨度约170年, 主要集中在20世纪上半叶。     

中国植物采集先行者钟观光的采集考证

基于文献与标本的研究, 本文重新梳理和考证了中国植物采集先行者钟观光先生的采集历史。钟观光是我国第一个进行大规模植物标本采集的学者, 已知其最早的标本采自1912年(采集于北京), 最晚的是1933年(采集于浙江)。目前能够确定的钟观光采集的馆藏标本计10,228份, 其中大部分保存于北京大学生物系植物标本室(PEY, 4,584份)、中国科学院植物研究所植物标本馆(PE, 2,966份)和北京师范大学生命科学学院植物标本室(BNU, 2,032份), 共计9,582份, 约占钟观光馆藏标本总数的93.7%。英国皇家植物园邱园植物标本馆、爱丁堡植物园标本馆、美国哈佛大学植物标本馆等亦存有少量钟观光采集的标本(16份)。     

植物模式标本数据整合新的机遇与挑战

命名模式是分类群名称永久依附的成分,在分类学研究中有不可替代的价值。中国复杂的植物采集历史以及对中国植物标本开展研究的单位各异,导致我国植物模式标本零散分布于全球各大标本馆,给分类工作的开展带来了极大的困难。标本数字化的开展为模式标本数据整合提供了新的机遇,同时也给我们带来了人名和地名标准化以及模式类型确认等方面的挑战。我国于2006年开始对模式标本数据进行收集和整理,迄今已完成国内外20余家标本馆9万余条标本数据的收集。模式考证和模式类型清理是我们下一步亟须开展的工作,同时我们应将地名变更资料、人名考证资料进行整合并建立相应的数据库以推动模式标本数据的标准化。这将在很大程度上有助于我们摸清中国模式标本的家底。     

A deep learning-based approach for detecting plant organs from digitized herbarium specimen images

Herbarium specimens are excellent sources of botanical information to facilitate understanding and monitoring the evolution of plants and their effects on global climate change. Globally, many herbaria have undertaken digitization projects of herbarium specimens to preserve them and make them accessible in online repositories to botanists and ecologists. Automated detection of plant organs such as plant leaves, buds, flowers, and fruits on the digitized herbarium specimen images provides valuable information in various scientific contexts. We developed a deep learning approach based on the refined YOLO-V3 approach to detect plant organs within the digitized herbarium specimen images effectively. The proposed approach combines ResNet and DenseNet architectures to improve feature extraction capabilities. Also, a new scale of feature map is added to the existing scales to address the problem of YOLO-V3's low performance in detecting small plant organs. The experimental results demonstrate that our proposed approach can detect organs of different sizes within different specimens, where the precision and recall reached 94.2% and 95.5%, respectively.     

Changes in plant collection practices from the 16th to 21st centuries: implications for the use of herbarium specimens in global change research

Background and AimsHerbaria were recently advertised as reliable sources of information regarding historical changes in plant traits and biotic interactions. To justify the use of herbaria in global change research, we asked whether the characteristics of herbarium specimens have changed during the past centuries and whether these changes were due to shifts in plant collection practices.MethodsWe measured nine characteristics from 515 herbarium specimens of common European trees and large shrubs collected from 1558 to 2016. We asked botanists to rank these specimens by their scientific quality, and asked artists to rank these specimens by their beauty.Key ResultsEight of 11 assessed characteristics of herbarium specimens changed significantly during the study period. The average number of leaves in plant specimens increased 3-fold, whereas the quality of specimen preparation decreased. Leaf size negatively correlated with leaf number in specimens in both among-species and within-species analyses. The proportion of herbarium sheets containing plant reproductive structures peaked in the 1850s. The scientific value of herbarium specimens increased until the 1700s, but then did not change, whereas their aesthetic value showed no systematic trends.ConclusionsOur findings strongly support the hypothesis that many characteristics of herbarium specimens have changed systematically and substantially from the 16th to 21st centuries due to changes in plant collection and preservation practices. These changes may both create patterns which could be erroneously attributed to environmental changes and obscure historical trends in plant traits. The utmost care ought to be taken to guard against the possibility of misinterpretation of data obtained from herbarium specimens. We recommend that directional changes in characters of herbarium specimens which occurred during the past 150‒200 years, primarily in specimen size and in the presence of reproductive structures, are accounted for when searching for the effects of past environmental changes on plant traits.     

Comparison of Herbarium Label Data and Published Medicinal Use: Herbaria as an Underutilized Source of Ethnobotanical Information

The use of herbarium specimens as vouchers to support ethnobotanical surveys is well established. However, herbaria may be underutilized resources for ethnobotanical research that depends on the analysis of large datasets compiled across multiple sites. Here, we compare two medicinal use datasets, one sourced from published papers and the other from online herbaria to determine whether herbarium and published data are comparable and to what extent herbarium specimens add new data and fill gaps in our knowledge of geographical extent of plant use. Using Brazilian legumes as a case study, we compiled 1400 use reports from 105 publications and 15 Brazilian herbaria. Of the 319 species in 107 genera with cited medicinal uses, 165 (51%) were recorded only in the literature and 55 (17%) only on herbarium labels. Mode of application, plant part used, or therapeutic use was less often documented by herbarium specimen labels (17% with information) than publications (70%). However, medicinal use of 21 of the 128 species known from only one report in the literature was substantiated from independently collected herbarium specimens, and 58 new therapeutic applications, 25 new plant parts, and 16 new modes of application were added for species known from the literature. Thus, when literature reports are few or information-poor, herbarium data can both validate and augment these reports. Herbarium data can also provide insights into the history and geographical extent of use that are not captured in publications.     

使用Biotracks 采集植物标本

Biotracks 是一款自然观察类的公众科学应用,目前已经被各类科学调查和自然观察项目广泛使用。该文利用Biotracks 的标本采集项目将野外采集的数据与标本馆的数字馆藏系统连接起来,使用户在手机上记录的信息可以被应用到标本馆的标本数字化中。这种方式不仅提升了数字标本的转录效率,而且从根本上改变了整个标本收集流程中的数据整合方式,使得标本从采集到收藏的各个环节都能获得高质量的效率提升。同时,新的标本收集模式还能自然地将标本的野外照片与数字标本融为一体,从而使得传统标本原本很难呈现的颜色、行为、立体结构、环境等信息最终可以通过数字标本再次展现给研究者。这在信息维度上不仅拓展了传统标本的内涵,结合公众科学,未来还有望进一步延伸馆藏标本鉴定和讨论的时空范围。此外,公众科学在解决标本馆问题中所展现出来的潜质,为重新审视标本馆的领域价值提供了新的视角。