关于iFlora核心数据建设中的一些思考

物种是iFlora数据采集的基本对象,但我们面临的植物是一个庞大、复杂的体系,没有正确的分类认识和物种鉴定方法,就不能保证iFlora的准确构建。目前植物中存在着不少数量的疑难种、争议种．已定种分类界限的准确性以及复杂的种下分类单位,都给iFlora的构建带来了较大的问题。本文以作者近年来研究的薯蓣科（Dioscoreaceae）薯蓣属（DioscoreaL．）、蓼科（Polygonaceae）何首乌（PolygonummM虹orumThuna．）、唇形科（Lamiaceae）夏枯草属（PrunellaL．）等为主要例子．对iFlora核心数据中的DNA条形码信息及基础数据中形态学分类信息的建设提出几点思考。重点提出,关注物种尤其是广布种。由于其分布范围广泛,在不同分布区个体常表现出连续变化特征,而实际工作中往往会出现忽略连续变化特征而把1个种在分布区端点的居群鉴定为不同种的问题;因此应关注种的居群DNA条形码的变异幅度。     

基于广义形态学性状对木通科的分支系统学分析

基于43个广义的形态学性状,对木通科进行了分支系统学分析。经过简约性分析,得到了68个同等简约的分支树。50％多数规则一致树的分支结构与以前建立的族划分系统基本一致。外类群大血藤属与木通科的勃奎拉藤属形成姐妹群,与以前的分支分析结果一致,但在分子系统发育树中,大血藤属却是整个木通科的姐妹群;除此之外,形态分支树的结构与分子树的结构差别不大,但一致性指数、保持性指数和各分支内部支持率均较低。单型的猫儿屎族和串果藤族位于分支树的基部,拉氏藤族与木通族是姐妹群,在木通族内,长萼木通属和木通属是姐妹群,作为一个分支;另一分支是PHS（牛藤果属、八月瓜属和野木瓜属）复合群,牛藤果属位于八月瓜属和野木瓜属各类群的基部。但八月瓜属和野木瓜属的属内系统发育关系仍有待进一步研究。     

来自青海农田土壤的金孢属一新种

从青海省格尔木的农田土壤中分离到一嗜角蛋白的金孢属新种——青海金孢。采用形态学和分子系统学对其进行了描述和鉴定,其主要鉴别特征是:侧生孢子较多,光滑,3.6-9×1.8-3.6μm,棒状至柱状,基痕宽>1.0μm;双细胞分生孢子存在,9-13×1.8-2.7μm,柱状;具间生孢子和厚垣孢子。     

来自山西鸟窝的金孢属一新种

从山西省祁县一麻雀窝中的羽毛上分离到一嗜角蛋白的金孢属新种——山西金孢。采用分子系统学结合经典形态学对其进行了描述和鉴定,其主要鉴别特征是:具球拍状菌丝,10.8–16.2×5.4–6.5μm;顶侧生分生孢子着生于菌丝上或短的突起或短柄上,单生或2–3个串生,多数长倒卵形,6.5–11.9×3.2–6.5μm,少数棒状至柱状,8.6–17.3×2.2–4.3μm;基痕较宽1.9–4.3μm,大多数产孢细胞与分生孢子连接处具有膨大的“领状”结构;间生孢子不规则桶状至肾形,8.6–13×3.2–6.5μm。     

贵州小孢子菌——小孢子菌属一新种

从我国贵州省的土壤中分离到1株小孢子菌,菌株GZUIFR-EB2001M在小孢子属系统发育树中独立为一亚分支,明显区别于其他供试种,为该属一新种,命名为贵州小孢子菌。形态学与近似种的主要鉴别特征为:无球拍状菌丝;大分生孢子光滑或粗糙,梭形,细长;小孢子棒状至柱状。     

蓝钟花属的种子形态学研究及其分类学意义

对蓝钟花属(Cyananthus)11种植物的种子在体视显微镜和扫描电镜下的外部形态、内部结构以及微形态特征进行研究.结果表明:蓝钟花属种子呈窄卵形,表面光滑,颜色多为黑色、褐色至棕色,其中多年生组表面具有特殊黑色斑纹;胚属短小型,胚乳白色或棕色,胶质或脂质;种皮表面纹饰为条纹型,网壁螺旋排列或平行排列,又可细分为阔网状条纹、窄网状条纹与一般性条纹三种类型.种子形态在属下三组间差异明显,种子长度、表面颜色及表面纹饰为属内组的划分提供了重要依据.此外,一年生组各种在种子形态上分化最为明显,可能与其较强的适应性有关.     

大花睡莲种子至种苗的发育形态学研究

为了探索睡莲目与泽泻目个体发育早期的共性,追踪观察了大花睡莲种子至种苗的发育过程。结果发现：种子胚苗端发育先于根端;萌发时首先出现下胚轴,继而末端膨大产生下胚轴毛,最后胚根分化;初生根短命;节生根后发生但较粗壮,浮水叶开始产生时根茎第一节以下部分随即烂掉;种苗的各器官中均有发达的通气组织等基本上与芡、泽泻和黑藻相似。     

一种大连细叶早熟禾内生真菌的形态学和系统发育学研究

【目的】鉴定分离自辽宁省大连市细叶早熟禾中的内生真菌。【方法】在辽宁省大连市的黄金山和白玉山采集细叶早熟禾(Poa awgws啡L.),通过显微镜观察植物是否含菌,统计样品中内生真菌的检出率;从含菌样品中分离内生真菌,纯化后在马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)培养基上培养3周,测定分离菌株的形态学特征;运用IQS法提取分离菌株的总DNA,利用特异性引物妒增分离菌株的P-Tubulin(tubB)和Translation elongation factor 1-a(碎4)基因片段,利用DNAssist 2.2和ClustalX 1.81软件进行序列的多重比对和分析,运行PAUP 4 beta 10、MrModeltest 2.3选择合适的模型,用MrBayes 3.1.2构建最大似然树,分析分离菌株的系统发育学特征。【结果】共釆集植物样品262个,其中内生真菌的检出率达57.3%;根据分离地点和菌落特征筛选和纯化了10个分离菌株,选用其中6个分离菌株进行形态学特征的调查,发现分离菌株呈典型的Neotyphodium属形态学特征,进而和其他宿主为早熟禾属植物的内生真菌进行比较,发现分离菌株的特征与Epichlo谷liyangensis相近,但分生抱子较小[(5.3±0.3)|jmx(2.9±0.2)Mm],生长速度稍慢(每周8.7±1.4 mm);基于5个分离菌株tubB和tefA片段序列的系统发育学特征显示,它们的如65和对^序列分别为单拷贝,并与五.中的第二拷贝聚为一类。【结论】分离菌株在原始宿主植物上没有形成子座,分离菌株的形态学特征和系统发育学特征均与五./zyawge/ts/j?有明显差异。兼顾其它早熟禾属植物内生真菌的宿主植物的种类和地理分布特征,这些菌株有可能属于一个新的内生真菌类群。     

植物物种的快速鉴定与iFlora：DNA条形码在马先蒿属中的应用

DNA条形码技术就是利用一段较短的标准DNA序列对物种进行快速鉴定。与基于植物外部形态特征的传统分类鉴定方法相比,DNA条形码具有高效、准确,且易于实现自动化和标准化的特点。马先蒿属（PedicularisL．）植物具对生（轮生）叶的种类70％以上分布在中国．近缘种间形态上非常相似,鉴定较为困难。研究选取马先蒿属具对生（轮生）叶类群43种164份样品,利用叶绿体基因（rbcL、matK、trnH-psbA）和核基因（ITS）条形码片段,采用建树法和距离法检验4个条形码对这些物种的鉴定效果。结果表明,ITS片段用于建树法和距离法的鉴别率分别为81．40％和89．57％,其鉴别率高于3个叶绿体基因片段和任一基因片段的组合条码。另外,利用ITS成功解决了一些疑难种的分类问题。DNA条形码在马先蒿属研究中的实用性为新一代植物志（iFlora）实现物种的快速和准确鉴定提供了有力支持,并能为分类学、生态学、进化生物学、居群遗传学和保护遗传学等分支学科的研究提供重要信息。     

植物物种的快速鉴定与iFlora: DNA条形码在马先蒿属中的应用

DNA条形码技术就是利用一段较短的标准DNA序列对物种进行快速鉴定。与基于植物外部形态特征的传统分类鉴定方法相比, DNA条形码具有高效、准确,且易于实现自动化和标准化的特点。马先蒿属（Pedicularis L.）植物具对生（轮生）叶的种类70%以上分布在中国,近缘种间形态上非常相似,鉴定较为困难。研究选取马先蒿属具对生（轮生）叶类群43种164份样品,利用叶绿体基因（rbcL、matK、trnH psbA）和核基因（ITS）条形码片段,采用建树法和距离法检验4个条形码对这些物种的鉴定效果。结果表明,ITS片段用于建树法和距离法的鉴别率分别为81.40%和89.57%,其鉴别率高于3个叶绿体基因片段和任一基因片段的组合条码。另外,利用ITS成功解决了一些疑难种的分类问题。DNA条形码在马先蒿属研究中的实用性为新一代植物志（iFlora）实现物种的快速和准确鉴定提供了有力支持,并能为分类学、生态学、进化生物学、居群遗传学和保护遗传学等分支学科的研究提供重要信息。     

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。     

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。     

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。     

馆藏植物标本与iFlora

构建准确、有效的物种遗传信息库并运用其作为主要的物种鉴定检索数据库,是新一代植物志（iFlora）与传统植物志的本质区别。采集并准确鉴定数以万计的植物样品用于建立遗传信息库存在一定困难,随着遗传信息获取技术的快速发展,使馆藏植物标本成为获取遗传信息的重要补充,并具有提升遗传信息库建设速度和可靠性的较大潜能。本文结合已有的研究和实验室多年工作实践,论述了植物标本作为iFlora物种遗传信息提取材料的可行性和不可替代性;总结了标本遗传信息提取过程中的主要困难和存在问题,并提出一些解决方法;阐述了使用馆藏标本特别是利用模式标本材料构建遗传信息标准库对iFlora构建的重要作用和意义。     

从文献情报分析看iFlora 的发展趋势

在网络化、信息化逐渐改变人们学习、认知和生活的背景下,本文检索并分析了与iFlora研究相关的DNA条形码、生物多样性信息库、基因测序技术、移动鉴定设备等研究论文和情报,取得下列结果：（1） 植物DNA条形码的研究对象以及研究领域在不断延伸和扩展,但寻找高分辨率的DNA条码和组合片段仍是研究热点,相关的植物分类学、系统发育与演化、生态学、植物多样性等研究也在快速发展;（2） 生物多样性信息数据库建设爆发式增长,为iFlora的知识积累和扩展奠定了基础;（3） 第三代DNA测序技术的发展,快速测序设备的小型化将成为可能;（4） 物种认知和识别的初级移动设备已经出现;（5） 信息技术与植物科学等研究的结合,促进跨领域的研究合作和产品开发。本文讨论了iFlora研究计划,表明其是未来植物多样性研究的发展趋势。     

iFlora beta版移动平台软件研制

iF｜ora计划的目的之一是为提高公众对植物的认知和了解,移动设备平台软件开发是该计划的重要组成部分。因此,根据iFlora研发的总体需求,在中国植物物种信息数据库的基础上,设计和开发了iFlo—rabeta版移动平台软件。该软件在应用软件设计的基础上,针对安卓系统和iOS系统,实现对物种数据库的基本检索功能、向导式查询功能、专家互动功能及系统个性化功能,满足用户对植物数据快速检索及物种鉴定的需求。在此基础上,探讨了植物检索特征库和图片特征库的建设思路,为iFlora的总体目标实现奠定基础。     

经典植物分类学的发展与iFlora

简要介绍了经典植物分类的基础工作,即鉴定、描述、命名和分类,以及发展动向。作者认为计算机辅助鉴定（如delta intkey）将成为形态鉴定的常规手段;模式识别技术是植物图像鉴定的发展方向;突出物种遗传本质的分子鉴定将成为植物物种鉴定的核心。DELTA系统或类似的符合计算机逻辑的分类学描述语言将成为新一代植物志（iFlora）的基本语言。近20年来,一些学者逐渐表现出对现行植物命名法规的质疑和修改意愿,特别是生物法规草案（Draft BioCode）和谱系法规（PhyloCode）两个试行法规的诞生。它们促进对法规的革新与完善,并在iFlora中得以体现。以APG系统为代表的分子系统发育研究已经成为植物系统分类研究的主流,但在物种层面,物种的界定仅仅依靠分子信息显然是不够的,而必须运用综合的特征性状信息进行分析解读,真正实现物种在形态、遗传信息等综合性状的融合统一。了解和掌握这些新的技术和研究成果,无疑对于iFlora设计和编研有着重要的参考意义,而基于新技术和新理念的iFlora也将成为植物分类最新发展成果的集中体现。     

iFlora科技领域云的建设构想

应对社会公众和国家相关行业和部门对植物物种认知的广泛需求,新一代植物志（iFlora）应运而生。为了服务于该研究计划,本文提出了iFlora科技领域云的建设构想,拟建设由云服务端(资源层、服务层)、植物志智能生成系统、客户端(应用层)和核心用户群组成的信息化协同工作环境和应用平台：即(1) 在云端搭建协同工作平台,用以整合植物DNA条形码标准数据库、植物多样性信息数据库、计算模型库等信息化资源;(2) 在虚拟化科研平台中嵌入智能生成系统,为终端用户生成和展示智能植物志;(3) 在客户端开发多平台移动应用程序,服务于终端用户和实际应用。该建设将遵循植物学发展的规律,在植物学与信息化融合的过程中,形成众多科学工作者能够共同参与的,可共享、无障碍、无缝链接的云工作环境。该环境将整合机器、网络和分类学家的认知能力,为公众认知植物世界提供智能的认知系统。     

野生植物种质资源的保存利用与iFlora

对植物种质资源的保护和可持续利用是人类生存和发展的根基。虽然植物种质资源的收集和保存工作在全球范围内已经取得了阶段性的进展,但植物物种本身复杂的生物学特性、相关信息的不完整性以及收集保存利用过程中专业人才的缺乏,在一定程度上制约了野生植物种质资源的保存和利用。本文以中国野生植物多样性的保护现状为例,探讨了野生植物种质资源收集保存过程中面临的问题,以及iFlora计划的提出和实施对解决这些问题提供的可能解决方案。通过iFlora的实施,将极大地促进和推动我国乃至全球范围内的野生植物多样性保护和利用。作为iFlora的重要元素之一,植物DNA条形码的运用已经逐渐成熟,本文介绍了其在苔藓植物剪叶苔属,以及种子植物榕属、马先蒿属、蒟蒻薯属、红豆杉属和栝楼属中的应用。