不列颠哥伦比亚省鬼针草属（Asteraceae）形态计量学首次分析揭示濒危物种鉴定新见解

《Brain, Behavior, & Immunity - Health》：Results of first morphometric analyses of Bidens (Asteraceae) in British Columbia

在加拿大不列颠哥伦比亚省西南部，三种亲缘关系密切的鬼针草属植物因形态特征重叠导致鉴定困难。研究人员针对Bidens amplissima、B. cernua和B. tripartita开展了形态计量学研究，通过线性判别分析（LDA）对标本馆标本和野外个体进行分析，发现多数个体可被准确分类，但部分常用形态特征无法有效区分物种。该研究为受关注物种B. amplissima的准确识别与数据收集提供了重要依据。

　　

在不列颠哥伦比亚省（British Columbia, BC）西南部，植物学家和生态学家们面临着一个棘手的难题：三种亲缘关系很近的鬼针草属（Bidens，属于菊科Asteraceae）植物——Bidens amplissima、Bidens cernua和Bidens tripartita——不仅共享相似的栖息地，它们的许多形态特征也高度重叠。这种形态上的相似性给植物标本馆（Herbarium）的标本鉴定以及野外实地调查带来了巨大的挑战。尤其值得注意的是，B. amplissima在加拿大被列为“特别关注”（Special Concern）物种，这意味着其准确识别对于制定有效的保护策略至关重要。然而，传统的、基于肉眼观察的形态学鉴定方法在区分这些“长相”酷似的物种时往往力不从心，这无疑阻碍了针对B. amplissima等物种的精确研究和保护行动。为了解决这一难题，由Megan A. Pawluk、Linda P.J. Lipsen和Jeannette Whitton组成的研究团队开展了一项系统的形态计量学（Morphometrics）研究，旨在利用定量分析的方法，检验那些常用于区分这些物种的形态特征是否真的可靠，并探索能否建立更有效的鉴定手段。

本研究主要应用了形态计量分析（对形态特征进行测量和定量分析）和线性判别分析（Linear Discriminant Analysis, LDA，一种多变量统计方法，用于寻找能最佳区分不同组别的特征线性组合）等关键技术。研究样本包括来自不列颠哥伦比亚大学植物标本馆（University of British Columbia Herbarium）的153份馆藏标本，以及从不列颠哥伦比亚省西南部五个地点采集的83株成熟开花野外个体。

研究结果

形态特征的定量评估

研究人员对一系列常用于区分三种Bidens物种的形态性状进行了精确测量。通过对标本馆标本和野外采集个体的数据进行分析，发现许多被传统分类学描述为关键鉴别点的性状，在实际测量中显示出广泛的变异和显著的重叠。这意味着，单独依靠某一个或某几个常用的形态特征（如叶片形状、苞片数目等），很难清晰地将B. amplissima、B. cernua和B. tripartita区分开来。这一结果挑战了以往主要依赖定性描述的鉴定指南的可靠性。

线性判别分析（LDA）的分类效果

为了克服单一性状鉴定的局限性，研究采用了线性判别分析（LDA）这一多变量统计技术。LDA模型综合了多个形态特征的测量值，试图找到一个能够最大程度区分三个物种的数学函数。分析结果表明，尽管三种物种在LDA生成的散点图上存在不同程度的分布重叠，但大多数个体（包括标本馆标本和野外个体）能够被LDA模型准确地归类到其预期的物种中。这证明，通过整合多个形态变量的信息，可以实现相对较高的鉴定准确率，尽管完美区分所有个体仍存在困难。

传统鉴别特征的有效性检验

本研究的一个重要发现是，它系统地评估了文献中常提及的用于区分这三种Bidens物种的形态特征。分析显示，无论是针对标本馆标本还是野外活体材料，这些被广泛描述的性状（例如某些特定的营养器官或繁殖器官的特征）在统计学上往往缺乏稳定的区分能力。换言之，那些在分类学钥匙（Taxonomic Key）中被强调的差异，在群体水平的定量分析中变得模糊不清。这突显了在复杂且形态相似的物种群中，仅凭经验性形态描述进行鉴定的风险。

总结与讨论

本研究通过首次对不列颠哥伦比亚省的三种鬼针草属近缘种进行系统的形态计量学分析，得出了几项关键结论。首先，研究证实了B. amplissima、B. cernua和B. tripartita在形态上确实存在高度相似性，导致传统鉴定方法面临挑战。其次，研究表明，尽管存在重叠，利用线性判别分析（LDA）等多变量统计方法整合多个形态特征，能够显著提高物种鉴定的准确性，这为植物标本馆工作者和野外生态学家提供了一种更为客观和可靠的辅助鉴定工具。更重要的是，本研究明确指出，许多以往被信赖的鉴别特征在实际应用中效果不佳，这对于修订这些物种的分类学处理和完善鉴定指南具有重要指导意义。

该研究的发现具有重要的保护生物学意义。鉴于B. amplissima是加拿大受关注物种，其生存状况需要被精确监控。不准确的物种鉴定会导致错误地评估其分布范围、种群数量和受威胁程度，从而可能误导保护资源的分配和政策制定。因此，本研究强调的开发和应用更精确的鉴定方法（如形态计量学），对于确保受威胁物种数据的可靠性至关重要。总之，这项研究不仅增进了我们对鬼针草属植物形态变异和分类关系的理解，更凸显了将定量分析方法整合到植物分类学和生物多样性保护实践中的迫切性与价值，为类似分类学困难物种群的研究提供了可借鉴的范式。