关键词:
孢粉鉴定
自动化
形态学
光谱技术
孢粉DNA宏条形码
第四纪孢粉学
摘要:
孢粉是生态学、农业授粉学、环境学、第四纪古植被和古气候演变等研究的重要对象和指标,而其准确鉴定是开展上述研究的基本前提.传统的孢粉鉴定主要基于专家知识和经验,依据孢粉外壁的物理形貌特征进行,但存在物种分辨率低和鉴定耗时长等问题;提高孢粉鉴定准确率和鉴定效率的内在需求推动了孢粉鉴定自动化的发展,其实现途径主要有三种:基于形态学、基于化学和光谱特征以及基于分子手段的自动鉴定.目前,基于形态学的孢粉自动鉴定技术较为主流,其优势主要体现在孢粉图版丰富、支持鉴定结果的直接专家核验、结果可重复性高等;基于化学和光谱特征的孢粉自动鉴定提供了更加精确的分类信息,并可与显微镜鉴定联用,提高了孢粉自动鉴定的效率;基于孢粉DNA宏条形码的孢粉自动鉴定具有标准化的实验流程、不依赖分类专家、物种鉴定结果分辨率高等优势.但这三种孢粉鉴定自动化实现方式均有一定不足,比如孢粉图像识别技术存在误判和过度拟合等问题,鉴定结果物种分辨率低,且仍有待开发涵盖大地理范围、高精度孢粉鉴定的程序;孢粉光谱鉴定则很难找到具有普适性的孢粉物种谱线,光谱数据库的通用性低;孢粉DNA宏条形码存在引物通用性不足、PCR特异性扩增、数据库不完备、丰度估计偏差等问题.此外,基于光谱和孢粉DNA的自动鉴定技术多应用于现代孢粉鉴定,其在第四纪孢粉领域的应用还面临样品前处理和结果验证等问题.如何联合不同技术手段,推动实现第四纪孢粉鉴定自动化,依然需要进一步探索.由此我们建议:(1)探索适用于光谱和DNA鉴定技术的第四纪孢粉样品的预处理方法;(2)构建完备的本地孢粉形态、光谱和DNA条形码数据库,提高孢粉自动鉴定的准确度;(3)建立标准化分析流程,准确评估孢粉自动鉴定效率以及实现不同研究结果对比.通过梳理孢粉鉴定自动化研究的起源和发展及其优劣势,以期能够推动孢粉学和相关学科的进一步发展.