DELTA系统在资源植物研究中应用的两个案例

崔梦伟，张士佳，3，沈风娇，白霄霞，李志斌，蒋淑磊，赵建成，李 琳*，石 硕**

（1.河北师范大学 生命科学学院，河北 石家庄 050024；2.石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050041；3.遵化市第一中学，河北 唐山 064299；4.石家庄市花卉技术创新中心，河北 石家庄 050041；5.石家庄市神州花卉研究所有限公司，河北 石家庄 050021）

植物资源是一切可利用和可能利用植物的总合，在研究、开发和利用植物资源时需要以分类学研究为基础［1-2］。分类学的研究结果通常以植物志书、植物名录、鉴定手册、检索表等为主要的呈现方式，并使用各种来源的性状数据进行研究，为诸如生物多样性、生态学等学科的研究提供了基础信息［3］。其中，检索表是用于物种鉴定和识别的工具。传统的二歧式检索表为单通道检索表，使用者必须选择指定性状按照特定的路径进行检索，当某些关键特征缺失时就很难继续检索。此外，传统检索表不仅使用时灵活性较差、不方便携带，其编制过程繁琐复杂，后期数据维护较难，无法便捷对性状特征进行增减。因此，改进检索表的编制方法，更新检索表的展示形式并优化鉴定方法已成为鉴定植物资源中一个亟待解决的问题。

随着计算机技术的不断发展，网络时代的分类学（E-taxonomy）也逐步开展［3］。检索表编制、物种鉴定和资源筛选的数字化正在成为一种潮流，基于此的数字化开发工具也层出不穷。如，Lucid Phoenix 是Lucid 家族的产品之一，用于编写二歧式检索表，并通过互联网和CD 方式进行发布和传播［4］。Actkey 是一个基于网络的交互式检索表程序，能够在线鉴定物种［5］，但由于它是一个在线使用的交互式检索表，它要求用户有一个良好的网络环境。Navikey是一个搜索描述性数据的工具，它通常需要辅助程序、插件、Java 小程序等［5-6］，会导致使用时在下载程序和安装上花费大量时间。DELTA（DEscription Language for Taxonomy）系统是由Dallwitz等在1971 年至2000 年间开发的一种灵活且强大的记录分类学描述的计算机处理方法［16-18］。DELTA系统包含对用户友好的图形界面（GUI），可以从其网站上免费下载。基于DELTA 的软件还有一些本地和在线的版本，可供不同需求的用户使用，例如：Open DELTA 和Free DELTA（http：//phylodiversity.net/key/key/makekey.awk）。DELTA 系统编制的交互式检索表为多通道检索表，使用时较灵活，没有固定的性状和路径限制，即使某些性状缺失也不影响鉴定过程的继续执行。此外，即便类群不能被交互式检索表直接筛选出，该系统也能缩小潜在物种的名单以协助鉴定。

在这些工具中，DELTA 不仅能自动生成自然语言描述、交互式检索表，以及生成用于系统发育分析所需的兼容数据格式，而且使用的系统为通用的Windows 系统，且可免费下载。自DELTA 系统发布至今，它从众多相似功能的产品中脱颖而出，不断有学者介绍DELTA 在分类鉴定中的功能、使用方法和发展前景，并大力推广该软件在生物学、农林学中的应用［7-15］（https：//florabase.dpaw.wa.gov.au/）。为更好地展示DELTA 系统的功能，我们在这里报道以下两项利用这一系统进行野生植物资源分类鉴定、资源筛选的研究案例。

伞形科Apiaceae 是被子植物中的大科，在中国约有114属650种，其中河北省记录有58种［19-23］。伞形科植物资源具有广泛的应用价值，例如：可食用的芹菜（Apium graveolensL.）和水芹［Oenanthe javanica（Bl.）DC.］、可药用的当归［Angelica sinensis（Oliv.）Diels］和刺果芹［Turgenia latifolia（L.）Hoffm.］、可做香料的莳萝（Anethum graveolensL.）和葛缕子（Carum carviL.）［24-25］。由于伞形科的一些物种仅在果实形态上存在细微的差别，或者由于生长季节问题使待鉴定的标本缺少营养器官或生殖器官的鉴定关键特征，致使在使用传统的二歧式检索表鉴定伞形科物种时存在困难［26］。这一问题影响着人们对伞形科植物的研究、开发和利用。目前，在Flora of China网站中，虽然有伞形科分属的交互式检索表和部分属分种的检索表，但对于河北伞形科植物物种鉴定的参考价值有限。因此我们尝试制作河北伞形科植物分种的交互式检索表。该交互式检索表的编制也可以为其它地区的物种鉴定提供一个范例，有助于对其它地区伞形科植物资源的鉴定、研究和利用。

杜鹃花因其总状花序较大、花色鲜艳、花姿优美以及叶片常绿受到人们的喜爱［27］。欧美国家的植物园有“没有杜鹃不成园”的说法［28］。杜鹃花属植物在全世界约有1 000 种，中国有571 种，占全世界的57.1%，该属中常绿的物种占比约90%［29-30］。其中，野生高山杜鹃，即具有“常绿、叶片革质、总状花序（Evergreen，Leathery，Racemose）”（中国杜鹃花研究中心定义）的杜鹃花品种，在园艺方面具有很大的观赏和经济价值。中国的野生高山杜鹃品种较多，但通过驯化广泛栽培的品种较少，其中一个主要原因是不能快速明确高山杜鹃在杜鹃花属中的范围从而进行有针对性的野生类群驯化选育［31］。而DELTA系统编制的交互式检索表可以为此提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 数据来源

最新版的DELTA 系统可从其网站（https：//www.delta-intkey.com/）上免费下载。

杜鹃花属的交互式检索表可从Flora of China网站（http：//flora.huh.harvard.edu/china/）上免费下载。

根据《中国植物志》、Flora of China、《河北植物志》、中国数字植物标本馆（https：//www.cvh.ac.cn/）等资料［19-23，32］，获得河北省58 种伞形科物种名录。在此基础上，根据植物志和文献资料对物种的描述和标本馆标本的观察研究，筛选出21个性状特征用于交互式检索表的编制，并记录下每个物种所对应的特征状态。

1.2 研究方法

DELTA 系统编制交互式检索表流程，如图1所示：

图1 DELTA编制检索表流程图Fig. 1 Flowchart of DELTA compiling

1.3 交互式检索表编制：以河北省伞形科为例

在编制交互式检索表时，主要用到的是DELTA系统中View 模块下的分类单元编辑器Taxon editor、性状编辑器Character editor和指令集Action Sets。

分类单元编辑器主要用于记录分类单元的名称和分类单元的数量。在本研究中，通过分类单元编辑器录入了河北省58 种伞形科植物的名称。

性状编辑器主要用于编辑物种的性状特征，主要的性状类型有5 种：Unordered multistate（无序多态）、Ordered multistate（有序多态）、Integer numeric（整数值）、Real numeric（实数值）和Text（文本内容）。在本研究中，通过性状编辑器录入筛选出的21 个伞形科性状特征。伞形科物种性状编辑主要用到两种模式：无序多态和有序多态，其中，无序多态类型包括花瓣颜色和苞片形状等，有序多态类型包括伞辐数量和苞片的数量等。

分类单元名称和性状特征录入完成后，对每个物种所对应的每个性状状态进行勾选。数据录入完成后的DELTA 编辑器界面，如图2 所示，左侧是分类单元名称，右侧是性状特征。

图2 DELTA编辑器的界面，以伞形科Apiaceae数据为例进行展示Fig. 2 The DELTA editor interface，the Apiaceae DELTA database as an example

指令集Action Sets 是在录入完成分类单元名称和性状特征后，进行数据格式转换的地方，以生成自然语言描述、检索表、数据矩阵和Intkey文件等。该界面主要分为四个部分：Confor、Intkey、Dist、Key。Confor是DELTA系统中的核心处理组件，格式转换在此进行；Dist命令生成距离矩阵；Key命令生成检索表。

将输入的性状特征和分类单元名称进行格式转换，通过选定命令“Translate into INTKEY format”，单击右侧“Run”，程序运行，即可导出Intkey 所需格式文件。然后运行Intkey 界面下的命令“Intkey initialization file”，即可初步获得河北省伞形科物种的交互式检索表。之后需要针对大量标本进行测试（研究标本来自中国数字植物标本馆）。根据测试结果反复调整性状特征和类型，并进行上述流程，最终使所用性状特征和类型更有利于鉴定结果的产出，从而得到最终版本的“河北省伞形科物种的交互式检索表”。

1.4 交互式检索表应用：以高山杜鹃野生资源筛选为例

本研究以Flora of China中杜鹃花属的交互式检索表为基础，从571 种杜鹃花属植物中筛选出符合中国杜鹃花研究中心给出的“常绿、叶片革质、总状花序”特征的高山杜鹃野生资源。首先，在Flora of China网站（http：//flora.huh.harvard.edu/china/）的Site Index 中找到DELTA Intkey，下载杜鹃花属的检索表，然后用Intkey打开。

Intkey 的界面主要分为四个部分，如图3 所示。Best Characters：此部分为该检索表用到的所有性状。Used Characters：此部分为在鉴定物种过程中使用的性状，在鉴定物种时，根据需要双击性状名称，然后单击所需性状状态即可。Remaining Taxa：此部分为经过性状选择后筛选出来的分类单元。Eliminated Taxa：此部分为经过性状选择后被排除的分类单元。根据上述步骤，依次对三个特征进行选择后，结果如图3 所示，筛选出符合“常绿、叶片革质、总状花序”特征的高山杜鹃共317种。

Intkey 程序还可对不同的分类单元进行对比分析，比较两个物种或多个物种之间的相同点与不同点。在Remaining Taxa 或Eliminated Taxa 下选择两个或多个分类单元，单击右上角绿色圆圈标志的符号，运行结果如图3所示，显示了所选物种间的所有区别性状。利用这一结果，可帮助分类学者快速鉴定物种。

图3 INTKEY界面，以杜鹃花属Rhododendron交互式检索表为例Fig. 3 The INTKEY interface，the genus Rhododendron interactive key as an example

2 结果与分析

2.1 河北省伞形科交互式检索表编制

本研究得到了最终版本的“河北省伞形科物种的交互式检索表”。我们用以下两个例子来展示交互式检索表在鉴定方面的简便性。利用“株高约40 cm，单叶，叶片轮廓披针形，基部无纤维状残留，小苞片卵形”等可见特征能够快速鉴定出该种为黑柴胡（Bupleurum smithiiWolff，图4）；利用可见特征“株高约50 cm，伞辐10，基部无纤维状残留，叶三回羽状复叶，叶片轮廓卵形，茎被短柔毛，萼齿卵形”可快速鉴定出该种为山芹［Ostericum sieboldii（Miq.）Nakai，图5］。若使用传统的二歧式检索表鉴定黑柴胡和山芹时，需要解剖观察果实每棱槽内油管和合生面的数量。使用DELTA 建立的河北省伞形科物种的交互式检索表，可以快速筛选出待鉴定物种所在范围，然后通过不断添加待鉴定物种的特征来鉴定到种。与传统的二歧式检索表相比，交互式检索表使用起来更加方便、灵活。鉴定完成后还可以从Used Characters 下方看到鉴定过程中所使用的性状，方便对结果进行检验，同时对鉴定物种的性状特征进行总结。

图4 鉴定黑柴胡（Bupleurum smithii）的INTKEY界面Fig. 4 The INTKEY interface for the identification of Bupleurum smithii

图5 鉴定山芹（Ostericum sieboldii）的INTKEY界面Fig. 5 The INTKEY interface for the identification of Ostericum sieboldii

2.2 高山杜鹃野生资源筛选

基于杜鹃花属的交互式检索表，从571 种杜鹃花属植物中筛选到符合常绿、叶片革质、总状花序特征的高山杜鹃共317种。

3 结论

本文通过展示两个案例研究，介绍了DELTA 系统的使用方法与功能，以及DELTA 系统建立交互式检索表用于资源植物鉴定和筛选的优点。交互式检索表为多通道检索表，在对物种进行鉴定时可以从任意特征开始，没有固定的性状和路径限制，方便对不同生长发育阶段的植物进行鉴定。交互式检索表的鉴定过程可不依赖纸质载体，传播方便，并且可对物种信息实现数字化管理，可及时对数据库进行更新，导出最新的交互式检索表，以供使用。鉴定过程中可对不同的分类单元进行对比分析，找到分类单元之间的区别性状，帮助加快鉴定过程。鉴定完成后可查看鉴定过程中用到的性状特征，可以进行回溯，减少错误。DELTA系统不仅有利于专业人员进行分类学研究，同时也为生物多样性保护工作和资源调查研究与利用提供便利。因此，DELTA系统应做为物种信息管理和植物鉴定的工具得到广泛应用。