第5章 植物鉴定的过程.docx

1、第5章 植物鉴定的过程第5章 植物鉴定的过程识别未知植物是植物分类学活动的重要组成部分。一份植物标本可以通过与标本馆里已鉴定的标本对比，并且参考现有的文献，将未知植物的描述与已出版分类群的描述比较来鉴定。由于植物大量生长的地区与植物学的研究和培训中心相距遥远，所以每次外出时采集大量标本是必要的。为了以后描述和查阅的使用，这些标本必须被恰当地处理，才能在标本馆中永久保存。这样做对于统计世界不同地区的植物区系会大有帮助。标本馆中的标本拥有量通常可以提供一个物种的丰富或稀有的合理信息，有助于制定珍稀或濒危物种的名录以及为努力保护这些物种提供资料。标本准备一份打算保存在标本馆里的标本，需要经过仔细采集

2、、压制、干燥、装订（上台纸）、最后贴上标签，才能符合分类工作的严格要求。完全处理好的标本可以在一段很长的时期保持它们的基本特征，对于未来的科学研究，包括编撰植物志、撰写分类学专著都有很大帮助，由于一些植物的种子在干燥的馆藏腊叶标本中可以保存许多年，在有些情况下，植物标本也用来从事实验研究。野外工作野外工作包括植物标本的采集、压制和标本的部分干燥。标本采集有各种不同的目的：创建新的标本馆或丰富以前的标本馆，编写植物志，为博物馆和分类工作采集材料，民族植物学的研究，为植物园引种植物等等。此外，从事贸易和生物制药更需要大量采集植物。依据目的、资源现状、研究的地区远近和持续时间的不同，野外工作可以采用

3、不同的方式：采集旅行：这种旅行是短期的到附近地点的调查，通常一天或两天，适合于野外工作的短期训练、植被研究和学生分组的植物采集。 调查：包括在不同的季节重复考察一个地方，连续几年，进行深入的采集和研究，目的在于编撰植物区系的名录。探险：探险是去遥远和条件艰苦的地区，研究植物和动物区系，通常要持续几个月。喜马拉雅的植物和动物区系的大多数早期的资料来自于欧洲和日本的探险家。装备野外工作的装备可能需要列出一个清单，但是采集活动必备的装备有：标本夹、采集记录本、背包、植物采集箱、铅笔、刀具、枝剪、小刀和挖掘工具（见图5.1）。图5.1 采集所用到的普通工具。A. 铲；B. 枝剪；C. 小刀；D. 挖掘

4、小斧.标本夹一个植物标本夹由两块木质的夹板或带金属网孔的厚木板组成，每个12英寸18英寸（30cm45cm），两个夹板之间是瓦楞纸、吸水纸和报纸（图5.2），用两根绳子或皮带来固定标本夹。瓦楞纸（Corrugated sheets）是用纸板做成的，目的是干燥通风，以便标本的持续干燥。瓦楞纸的通风管不是纵向而是横向排列，是为了使管道距离较短并且容纳更多的通风管。野外工作携带的标本夹比较轻，称为野外标本夹（field press）通常一张瓦楞纸与一叠包括十张折叠的报纸层的吸水纸层相交替，一层报纸压一份标本。用于后续的压制和干燥的标本夹称为干燥标本夹（drying press），一般留在营地或机构。

5、它更重一些，而且增加了瓦楞纸的数量，一张瓦楞纸与包含一层报纸的吸水纸相交替。在一些国家，比如印度，使用厚的粗糙的纸做新闻用纸，这些纸被浸湿到足够的湿度还能被分开，可以作为吸水纸来使用。图5.2 含有压制标本的标本夹。旁边为植物采集箱（照片经S. L. Kochhar许可）采集记录本对标本采集者来说采集记录本或采集日志是非常重要的。一个设计完好的采集记录本（图5.3）具有编号的页码，具有印制好的表格，可填入学名、科、土名、采集地、海拔、采集日期和记录野外采集时一些附加的信息。每页的下边都有多个可分离的小纸片，通过打孔线可以撕开，带有页码上的序列号，可作为采自同一地点的一种植物复份标本的标签，也可

6、作为野外采集记录本的可靠参照，编号也作为采集者的采集号。标本采集箱标本采集箱（Vasculum）是一个带盖子和肩带的金属箱。它用来在标本压制前暂时储存标本，也可以用来储存体积大的部分和果实。一般的标本采集箱是白色的，是为了反射太阳光和在野外容易发现。如果采集量大的话，就可以用一个聚乙烯的塑料袋代替采集箱，塑料袋基本上是没有分量的。大量的聚乙烯塑料袋也容易携带而且也容易密封，因为这些塑料袋可以用橡皮带密封，使植物在袋子中可以保鲜好几个小时。图5.3 野外采集记录本中填入相关记录的一页标本采集标本应该被尽量完整的采集。草本，非常小的灌木应该被完整的采集，在有花的前提下，还应带有叶和根；乔木和灌木应

7、该采集营养枝和生殖枝，以保证标本上可见叶和花。在采集记录本上应记录所有信息，标本上应系上相应的来自采集纪录的标签。建议采自某一产地同一种植物的标本多采集几份，以确保一份或几份标本被毁坏时仍有标本可用，此外也保证其复份标本可以存放在其它标本馆，这些最终被装订在台纸上。标本压制标本应该一有机会就被压制在标本夹中，既可以采集后直接压制，有时候也可在采集箱或采集袋中暂时贮藏后再压制。短于15英寸（38 cm）的标本可直接放在折叠的报纸中压制，之前要注意使枝叶平展。具有根的草本标本，比15英寸长的，可折成 V、W、N 型（图5-4，a-c），要确保带有叶、花、果的顶端部分，标本通常是直立的，当标本最终装

8、订后，能够便于研究，不必颠倒标本馆台纸。禾草类和一些其他类群的标本，由于植物体弹性大，不易压制，这类标本可以使用弯曲固定装置（flexostat，一个2.5厘米长带有裂缝的硬纸条或卡片）来固定每个折角（图5.4，d）。压制体积大的果实时，可将果实切片。大的树叶应该被整理后压制，要保留任何半侧，可以翻转一些树叶以便叶的下表面在标本上也可看见，便于研究。图5.4 a-c: 折叠较长草本植物的不同方法；d: 使用弯曲固定装置纸条固定折叠状态的植物。需要说明的是植物的顶端（箭头）总是直立向上，以便于研究这些带有叶和花的重要部分。特殊类群的处理一些植物类群，如松柏类、水生植物、肉质植物、分泌粘液的植物和

9、天南星科的植物要采用特殊的方法采集和压制。松柏类：尽管比较容易采集和压制，但是在干燥时却存在问题。松柏类的组织可存活相当长的时间，而在压制中是逐渐干燥的，因此在叶或球果的基部容易产生离层。轻微的触碰会使干燥的嫩枝上的树叶脱落，尤其是冷杉属、松属、雪松属和几个其他的属。在压制前，这些嫩枝应被浸泡在沸水里一分钟，这样的预处理可以杀死组织和避免离层的形成。Page（1979）提出可浸泡在70的酒精中10分钟，然后在50的甘油中浸泡4天。由于浸泡会使枝叶的颜色出现轻微的变化，可将未处理的部分装在一个小袋子中，与标本一起保存，以便研究。水生植物：尤其是具沉水叶的植物，由于表皮缺失，很难正常的压制。这些标

10、本需用采集袋采集，取出后放在装满水的盘子中使其漂浮，注意要在盘子底部放上一张白板纸。轻轻的取出纸，标本也附着其上，放在吸水纸上进行压制。当柔软的水生植物已贴在纸表面时，就可以将白纸连同标本从一张吸水纸移动到另一张上，继续压制，最终将标本粘贴在标本馆台纸上。肉质植物和仙人掌类：该类植物有大量增生的储藏水分的薄壁组织，如果不做特别的处理，这些植物在压制时很容易腐烂并且被真菌感染。处理时，可在肉质植物肥厚的部分切开一个裂缝取出其肉质的组织或者将盐放入切开的裂缝吸出其水分。这些植物也可以在酒精或甲醛溶液中浸泡进行预处理。分泌粘液的植物：比如锦葵科的许多种类会粘在吸水纸上很难移动，这些植物应该放置在腊质

11、纸或者绵纸中间，甚至是棉布之间。每次标本夹打开时仅更换吸水纸，直到完全干燥时标本才可以从棉布或棉纸中间取出。天南星科和其它有球根的植物在压制后还会继续生长，在压制前应该用酒精或甲醛将其杀死。干燥如果不进行人工加热，压制的植物标本的干燥过程是缓慢的。自然干燥标本的自然干燥是一个缓慢的过程，可能会需要一个月才能完全干燥。刚采回的标本被压在没有通风层的标本夹中压制24小时，在这个失水期（sweating period）中，植物丧失一些水分，变得柔软并且容易整理。然后包含标本折纸被转移到干燥的吸水纸层中。在一些国家，使用较厚的粗糙的报纸代替吸水纸，报纸也应该不时更换，更换时应小心的转移植物。在某些情况

12、中可以不用吸水纸，尤其是经过一两次更换后。每隔几天要重复更换吸水纸或报纸，可逐渐增加更换的间隔，直至标本完全干燥。根据标本的情况和当地天气的情况不同，干燥过程会持续10天到1个月。人工加热干燥人工加热干燥用12小时到2天可完成。压制在野外用的标本夹中的标本，经过了最初的失水期后，转移到具有一定数量瓦楞纸的干燥标本夹中，通常是一张瓦楞纸与一叠吸水纸夹上一份标本相互交替。标本夹被放置在干燥箱（drier）里，干燥箱是一个柜子模样，里面有煤油灯或电灯加热，通过热空气在标本夹的瓦楞纸内流动来干燥标本。在干燥箱中放置热气吹风机可以加快热气循环，加速标本的干燥。 Sinnott (1983)发明了太阳能干

13、燥箱（solar powered drier），每个晴天可干燥100份标本，标本夹中心的位置达60度。太阳能干燥箱由一个平板热能收集器和干燥箱组成。热能收集器由一个木质的框架、一个涂黑的铝质吸收体板、绝缘体和一块玻璃或树脂玻璃薄层覆盖组成，由此保存和传导热量进入干燥箱，在玻璃薄层和吸收体板之间有1英寸的空间。空气从收集器底部打开的通道进入收集器，通过由吸收体来传导，干燥箱中对流，最终带着水分从干燥箱的开启的顶部散出。完全干燥一般来说需要一天，有时需两天。太阳能干燥箱，经济适用，提供了一种节约能源的好方法。然而用人工加热的方法来快速干燥标本有一些内在的制约，表现为植株易脆、花脱落，叶中颜色发生改

14、变。在干旱的地区，在旅行中植物就可干燥，将标本夹水平的放置在车辆的行李架上，使瓦楞纸的通风管朝前，这样随着车辆向前开，干燥的风就穿过瓦楞纸。标本经过压制和干燥就可以装订到标本馆的台纸上了，在进入标本馆前要贴上标签。标本馆工作方法标本馆是标本的一个收藏场所，压制和干燥好的植物标本，装订在台纸上，贴上标签，在标本馆中按一定顺序排列，以便参考或研究。实际上，每个机构的标本馆都拥有一个名称，都有各自排列标本的顺序。世界上大多数知名标本馆的前身都是植物园（botanical gardens）。植物园 尽管在古代的中国、印度、埃及和美索不达米亚就有花园，但是这些花园不是真正意义上的植物园。这些花园里种植粮

15、食作物、草本和观赏植物，出于审美、宗教和地位的原因。美索不达米亚地区古巴比伦著名的“空中花园”就是个典型的例子。第一个用于科学研究和教育的花园建于雅典，是苏格拉底（Theophrastus）的学园，可能是他的老师亚里士多德留给他的。第一座现代的植物园的荣誉应属于Luca Ghini（约 1490-1556），他是一位植物学教授，于1544年在意大利的比萨（Pisa）建立了该植物园。1545年在帕多凡（Padua）和佛罗伦萨（Florence）也建立了植物园。植物园的作用植物园的存在客观上促使一些著名的植物学家发展自己的植物分类系统，以设法满足种在植物园中的植物，形成一些先前的分类系统，比如在乌

16、普萨拉工作的林奈，在凡尔赛宫工作的Bernard de Jussieu。尽管大多数植物园所在地区的气候条件可以保证植物的正常生长，几个知名的植物园还是建立围墙来保护特殊的植物。热带植物通常需要室内的生长环境，大多数植物可用屏风温室（screen houses），而在湿的热带和温带花园中的绝大多数肉质植物和仙人掌类植物需要玻璃温室（glasshouses）。在温带花园的玻璃温室常常要求冬季加热。植物园有以下几个重要的作用：1观赏需求：植物园具有观赏需求，并可吸引大量游客来观赏常见植物的多样性以及特殊植物，比如印度加尔各答（Calcutta）的印度植物园中的印度榕树（Ficus benghalen

17、sis）。2为植物学研究提供材料：植物园中通常各种类型的植物种植在一起，可以为植物学研究提供备用材料，对于了解各分类单元之间的关系有很大帮助。3现场教学：植物园中收集的植物通常按照科、属或生境种植，可以用于自我学习和示范教学。4开展综合研究项目：植物园具有丰富的活材料，能够支持广泛的研究项目，可以综合来自不同研究领域如解剖学、胚胎学、植物化学、细胞学、生理学和生态学等的信息。5. 物种保护 植物园在保护遗传多样性和珍稀濒危物种方面正发挥着越来越重要的作用。1976年纽约植物园倡导关于濒危物种研讨会，发表了Extinction is Forever。由邱皇家植物园倡导的关于植物园在保护珍稀濒危物

18、种中的实际作用的会议，发表了“Survival and Extinction”，是植物园在物种保护作用方面的主要实例。6种子交换：全世界超过500个植物园启动一项跨世界的非正式种子交换框架，提供可用于交换物种的年度清单，进行免费的种子交换。7标本馆和图书馆：世界上几个主要的植物园都有自己的标本馆和图书馆作为它们的基础设施的不可分割部分，为在单一场所研究提供分类学材料。8公共服务：植物园为公众提供信息，如鉴定本地和外来物种，繁殖方法，以及通过出售和交换提供植物材料。主要的植物园世界上有成百上千个植物园由各个机构提供经费支持。其中近800个重要的植物园被收录在Henderson(1983)出版的国

19、际植物园目录（International Directory of Botanical Garden）。今天，各个植物园都保留一个区域由某个机构种植各种各样的植物，用于科研、观赏、保护、经济、教育、休闲和科学等方面作用。一些主要的植物园讨论如下：美国纽约植物园（New York Botanical Garden, USA）：该植物园于1891年命名为纽约植物园，当时Torrey植物俱乐部作为法人接受了由国家提供的基金。其前身是由David Hosak于1801年建立的Algin植物园。那个时代最多产的分类学家N. L. Britton教授，曾在这个植物园中通过研究指导发展植物学知识的观念。今天

20、该植物园（图5.5）占地100 ha，沿布朗克斯河坐落在纽约市的中心。此外，位于Millbrook的Mary Flager Cary 树木园也并入纽约植物园，增加了778ha。园中共有15000种植物，分别分布于示范园、Montgomery松柏类收藏园、Stout day百合园、Havemeyer 丁香园、杜鹃花园、Everet 岩石园、草本植物园、玫瑰园、树木园和复式建筑温室。植物园按系统顺序种植乔灌木，便于公众参观以及植物学家和园艺学家进行研究。植物园在保护珍稀濒危物种方面发挥了重要的作用。在植物园中有保存良好的植物标本馆，内有来自世界各地的标本超过5百万份，但是主要来自美洲大陆。图书馆藏

21、书200,000卷，超过500000项（包括小册子、图片和信件等），还维护有大型植物数据库。图5.5 纽约植物园的复式建筑温室英国邱皇家植物园（Royal Botanical Gardens, Kew）：邱园这个名称更广为人知一些，这座历史悠久的植物园无疑是世界上最好的植物园、植物研究基地和植物资源中心。该园建立于16世纪，由邱家族的Richard Bennet 拥有。1759年威尔士王子遗孀委任首席园艺师William Aiton管理植物园，而且Joseph Banks 爵士从世界各地采集了大量植物。1841年，植物园的管理权从国王手里转移到了国会，William Hooker爵士成为它的第

22、一任官方管理者。他将植物园的面积从6 ha扩大到了超过100 ha，而且建立了一个棕榈园。J. D. Hooker爵士，接替他父亲的岗位管理植物园，又建立了杜鹃花园，并出版了几本重要的著作。约翰哈钦松在这里工作，并建立了他的著名的分类系统。图5.6 邱皇家植物园的威尔士王子温室该植物园（图5.6）从此发展为重要的科研和教育机构，拥有出色的标本馆和图书馆。起初植物园占地120 ha。1965年，位于西苏赛克斯（Sussex）靠近Ardingly的Wakehurst Place的邱园的办事处，一块面积202 ha的田园不动产，带有女王伊丽莎白的官邸，被邱园获得。邱园持续和丰富的发展，使Wakehu

23、rst Place 在维持活植物收集部(Living Collection Department，LCD)的国际声誉上做出了重要贡献。尤其在实施物种原地保护的政策追踪以及丰富多样的植物资源收藏，这种资源被保存，大大地补充到LCD 的活动中。苏赛克斯高原的环境条件与Kew是不同的，它地形多样，降雨量比较大，生物多样性高，土壤吸湿性好。这些因素结合在一起形成了一系列的小气候，它使在Kew长势不好的许多植物成功的繁殖，增加了植物多样性。Wakehurst Place植物收集的设计及内容上，和Kew有本质的不同，它是Kew 的补充。尤其是它的植物收集按照植物区系的不同来布置，这样就可以反映出所涉及的温

24、带植物群落。植物收集的重要支撑要通过展示数量繁多的观赏植物，开发各种类型的可用生活型，以吸引大量的游客。最后一个部分是林地，它由高大乔木林和圣诞树种植园组成。Kew 的Jodrell图书馆已经建成世界植物解剖学、细胞遗传学和植物生物化学的研究中心。邱皇家植物园在Kew和Wakehurst Place的活植物收集是多级的、百科全书式的，反映了全球的植物多样性，为Kew、大不列颠乃至世界的植物学和园艺学各个方面的研究提供参考资源，邱园可能是世界上最大的、植物种类最为多样的植物园。Kew和 Wakehurst Place为植物生长提供了完全不同的生境，所以在植物收集上可以相互补充。Kew收集的活植物

25、有351科，5465属，超过28000种。树木园面积最大，具有大的成熟期的温带树木。热带植物保存在室内，包括天南星类温室、棕榈温室、膜蕨类温室等。几个有意思的植物如来自南美的王莲Victoria amazonica 和来自安哥拉的百岁兰Welwitschia mirabilis也被种植在这里。Kew植物标本馆无疑是世界上最著名的标本馆，保存自世界各地的维管植物和真菌的标本超过6百万份，而且这里有超过275,000份的模式标本。Kew的图书馆收藏的书籍和杂志超过750,000册，包括了Kew所有的科研著作，“邱园通讯（Kew Bulletin）”和“邱园索引（Index Kewensis）”是2

26、种首要的连续出版物。Kew还维护有大型数据库，涉及植物名称、分类学的文献、经济植物学、适于生长在酸性土壤中的植物和具有特殊的经济和保护价值的植物。Kew通过其标本馆的庞大资源，每年可鉴别10000种植物，并且在分类学和命名法规的不同方面为学者提供专家建议。Kew还参与了世界上许多地方的重要生物多样性研究项目，包括在热带和西亚、东南亚、非洲、马达加斯加岛、南美洲以及太平洋和印度洋的岛屿。标本馆还开设标本馆技术的证书课程。整个邱皇家植物园网站上的综合目录下包含有122,000项记录，可以通过网上获得。美国密苏里植物园（Missouri Botanical Garden, USA）：密苏里植物园是世

27、界三大植物园之一，它是国家历史里程碑以及植物研究、教育和园艺观赏植物展示的中心。该园由英国人Henry Shaw建立，并在Asa Gray和Sir William Hooker以及Enelmann的积极帮助下，于1859年向公众开放。今天，植物园占地79英亩，参与世界上最活跃的热带植物学研究项目。在园长Peter Raven博士的领导下，植物园在物种保护和保存策略方面发挥了重要的作用。该植物园因其人工气候温室（climatronR）而闻名于世，这是一个具气候控制的圆屋顶测量温室，形成热带雨林气候，屋顶占地0.5英亩（图5.7）。植物园中还有日本园（Seiwa-en），占地14英亩，是北美最大的

28、日本植物园，内有收集有引以自豪的萱草属Hemerocallis、鸢尾属Iris、蔷薇类Roses、玉簪属Hosta以及一些经济植物（图5.8）。园中也有中国园、英国德国园，维多利亚园。超过4000株树木在园中茁壮生长，包括一些稀有物种和不寻常的变种。图5.7 密苏里植物园人工气候温室（climatronR），具气候控制的圆屋顶测量温室，形成热带雨林气候。（照片由密苏里植物园Jack Jennnings荣誉提供）。图5.8 密苏里植物园的日本园。（照片由密苏里植物园的Jack Jennnings荣誉提供）。密苏里州植物园是世界领先的科研机构之一，从事植物考察和研究，有近25个主要的植物区系项目。

29、通过网站TROPIOS这个世界上最大的数据库，使资源得到共享，数据库包括超过920,000个植物学名和1,800,000个标本记录。植物园高度重视教育项目，寻求促进圣路易斯地区的科学教育，每年接受教育的学生超过137,000位。密苏里州植物园的标本馆拥有超过530万的植物标本（苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物），在世界上排名第六，美国第二。其中标本的记录可追溯到17世纪中期。标本馆还专门收藏有G. Boehmer、Joseph Banks、D. Solander（陪伴Jamers Cook船长第一次环球航海旅行）和达尔文的标本。近五年来，标本馆平均每年增加标本量1.2万份，而且它还向植物学专家赠

30、送标本。标本馆平均每年借出标本量3.4万份，借入约2.7万份。标本馆的职员也依据其研究范围提供标本鉴定的服务。标本馆发展步伐的很快，收藏数量从1990年世界排名第13已经越升到今天的第6（Woodland, 1991）。而且图书馆的藏书也超过22万册，其中包括许多稀有的书籍。在它的主要科研项目中，包括北美植物志（Flora of North America）项目，已出版5卷，包括了美国、加拿大和格陵兰岛的植物。植物园也参与了英文版中国植物志（Flora of China）的项目，计划编纂25卷，从1994年开始，15年完成。意大利比萨植物园（Pisa Botanical Garden, Ita

31、ly）:比萨植物园由Luca Ghini 建立于1544年，是世界公认的第一个现代化的植物园。植物园因其收藏最好的欧洲七叶树（Aesculus hippocastanum）、荷花玉兰（Magnolia grandiflora）和几个其他植物标本而闻名于世。尽管今天植物园已经不存在了，它种植植物的几何方式的设计示范今天依然在几个大洲的植物园中可以见到。意大利帕多瓦植物园（Padua Botanical Garden, Italy）：帕多瓦植物园是当代的比萨植物园，建立于1545年。其特别之处在于它的典雅气质和Halian的风格 ，而且与它的科学服务功能相结合。帕多瓦植物园只有其典雅和美丽才能和邱

32、园相比。柏林植物园和博物馆（Berlin Botanical Garden and Museum, Berlin-Dahlem）：柏林植物园于1679年建立，当时柏林的Grand Duck在柏林附近的村庄辛伯格(Schoneberg)指挥开办了一座农业示范园。由于空间不够，后来迁往大莱(Dahlem)。植物园的发展要很大程度上归功于C. L. Wildenow，他挽救了这座日益衰败的皇家园林。后来，Adolph Engler 和L. Diels成为这里的继任管理者，他们做了很多工作，但是第二次世界大战摧毁了植物园的大部分，而后通过Robert Pilger，也就是它的下一任管理者的努力得以重建。今天植物园占地126英亩，种植了约2万种不同植物。植物地理区占地面积39英亩，是世界上收集种类最多的植物地理园区之一，描绘出了整个北半球植物的缩影。树木园和植物分类区占地42英亩，包括大约1800种乔、灌木及近1000种的草本植物，草本植物按照恩格勒系统排列。植物博物馆的特别之处在于它的植物展览，各种生活型的样式在馆中展出，它是中部欧洲的同类中唯一的一家。园中主要的热