已有571種植物滅絕！科學家如何區分不會說話的植物？

文圖/楊俊波 曾春霞 楊靜

（中國科學院昆明植物研究所）

本文節選自《知識就是力量》雜誌

近日，英國皇家植物園科學團隊發表首個全球分析報告，指出自1750年以來，人類對自然的破壞已經造成571種植物滅絕。科學家表示，植物滅絕的速度比自然預期的要快500倍，這對「所有物種來說都是壞消息」。

截圖/微博@梨視頻

571種！在感慨嘆息之餘，你有沒有想過面對那麼多植物，科學家是如何區分它們的呢？

物種分類鑒定難題由來已久

實際上，不論是對普通愛好者還是植物分類學研究者，甚至是為國執法的森林警察來說，都是一項犯難的課題。物種的準確鑒定是人類認識自然、合理使用生物資源、保護瀕危物種、控制有害物種的首要前提，是人類社會可持續發展的重要基礎。

從林奈提出科學的生物物種命名法規至今，歷經250多年的傳統分類學研究，科學家僅僅命名了170多萬種生物。物種的發現和鑒定以及對生物多樣性的認識和揭示依然任重道遠。傳統分類學研究主要依靠物種的形態學特徵（如植物的花和果）來判別，而對這些特徵的把握往往離不開對某一生物類群的長期觀測積累。

目前的現狀是，由於需要較強的專業背景，物種鑒定往往是少數人的「專利」。另一方面，由於各種原因，分類學被冠以「傳統」和「古老」的標籤，分類學家的研究成果被低估，國家對分類學這一基礎學科的投入逐漸減少，分類學成為冷門學科，傳統分類鑒定本身的局限性和不斷縮編的分類學家隊伍，使傳統的基於物種形態學的鑒定面臨巨大挑戰，已無法滿足社會發展的巨大需求。

隨著分子生物學技術特別是DNA測序技術的快速發展，早在20世紀80年代，就有研究者探索使用生物的一小段遺傳信息 （DNA序 列）對病毒 、細菌、原 生生物、考古發現物等缺乏明顯形態特徵的生物體進行鑒定。但直到2003年，加拿大圭爾夫大學教授、加拿大皇家學會會員保羅?赫伯特（PaulHebert）才正式提出「DNA條形碼」概念，成立了生命條形碼聯盟，並隨後發起了國際生命條形碼計劃（International Barcode of Life Project，iBOL）。

國際生命條形碼計劃

國際生命條形碼計劃是一個擁有加拿大、中國、歐盟和美國四個中心節點，以及10個區域節點（澳大利亞、阿根廷、巴西、印度、墨西哥、紐西蘭、挪威、俄羅斯、沙烏地阿拉伯和南非）和9個國家節點（哥倫比亞、哥斯大黎加、肯亞、韓國、馬達加斯加、巴拿馬、巴布亞紐幾內亞、秘魯和巴基斯坦）的重大國際合作計劃。

DNA條形碼技術的研究和應用成為全球性生物學及其相關領域的研究熱點。2008年6月，我國成立了國際生命條形碼中國委員會，並啟動了「國際生命條形碼——中國項目預研」、「重要生物DNA條形碼系統構建」、「依託種質資源庫的植物DNA條形碼研究」和「《中國植物志》的數字化和DNA條形碼」等一系列有影響的重大項目。

作為世界生物多樣性熱點國家，雖然我國DNA條形碼的研究啟動相對較晚，但起步較快，投入較多，僅僅是昆明植物研究所，在中國西南野生生物種質資源庫等平台的支持下，短短5年內，就已完成了274科2300多屬近萬種植物的約10萬個DNA條形碼測序工作，並搭建了「中國珍稀瀕危植物DNA條形碼鑒定平台」等數據分析平台，初步建立了中國植物DNA條形碼系統框架。

DNA條形碼技術有何神奇？

通俗講，DNA條形碼技術就是提取不同物種的一段或少數幾段特定並有差異的遺傳信息，建成標準DNA條形碼信息資料庫。當遇到需要鑒定的樣品時，提取它的DNA條形碼信息，並運用生物信息學技術，在資料庫里進行比對，找到所屬物種，即完成鑒定。DNA條形碼技術首先要確定標準的條碼片段。目前，動物的標準條碼片段主要是線粒體基因上的某一段序列。而植物的標準條碼片段比較複雜，由葉綠體基因組和核基因組分別提供部分片段作為核心片段。在不同植物類群中，有時還輔以其他1 ~ 2個片段。

與傳統基於形態學的物種鑒定相比，DNA條形碼序列的檢測更穩定。同一物種如果生長在不同環境，處在不同的發育階段（如幼葉、落葉等），或鑒定物是物種不同的組織器官（如毛髮、碎片等），這些都不影響測定結果，只要待測物的DNA條形碼序列與資料庫比對完全一致，就能夠快速準確鑒定出來。

▲DNA條形碼技術物種鑒定流程圖

DNA條形碼讓待測物「自報家門」

一旦建立起完善的標準資料庫，即使在植物分類學專家也很難給出鑒定結果的情況下，運用DNA條形碼技術，也往往能起到意想不到的效果。比如：

橄欖油是西餐使用的主要油料，然而，橄欖油市場充斥著假冒和欺詐行為。在DNA條形碼技術產生之前，食品質量監督機構如美國食品和藥物管理局（FDA）等均沒有有效途徑鑒別出摻有菜籽油或葵花籽油等油品的橄欖油。自從印度和美國的科學家使用DNA條形碼技術後，他們成功將正品橄欖油和其他油料區分開，並開發出了一套適用於橄欖油製品的快速檢測方法，有效維護了橄欖油市場的健康秩序。

近年來，隨著DNA條形碼資料庫的不斷完善，這種快速可重複、準確又可靠的技術被應用得越來越廣泛，國內外均有大量成功案例。中國西南野生生物種質資源庫分子生物學實驗中心通過使用DNA條形碼技術，成功鑒定真假蘭花、苦刺花樹根皮、真假川貝母等使用傳統分類方法難以鑒定的物種。

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