（海洋生物学专业论文）鲽形目分类检索及分子生物学应用模式研究.pdf

鲽形目分类检索及分子生物学应用模式研究 摘要 进入2 1 世纪以来，由于分类学对生物多样性的重要基础作用，渔业、环境 保护、生态学和系统学研究等领域的国际组织等对重振分类学研究高度重视，挖 掘与分享分类学信息成为生物多样性公约( c b d ) 框架下全球生物分类倡议 ( g t i ) 的热点议题。为实现自然生物资源的可持续利用，g t i 不遗余力地解决 c d b 贯彻执行中的“分类学障碍”问题。分类学信息的数字化和弥合应用进程不 断加快，传统知识数字化、信息存储数字化、数据标准统一化和共享网络化成为 分类学信息化发展的必然趋势。但自林奈和拉马克以来，分类阶元系统及描述和 分类检索表等分类学研究成果大多是以纸质方式保存，其内容丰富、种类繁多、 结构复杂、数量庞大，数字化工作难以一蹴而就，大量沉睡在图书馆、博物馆和 档案室里分类学资料等待处理；同时少量数字化信息分散在多个不同结构的数据 库中。由于缺少有效的数字化工具，尤其是缺乏能弥和传统分类信息和分子序列 信息的软件，在物种分类检索和亲缘关系研究过程中，信息集成与关联分析十分 不便。 鲽形目鱼类进化历史悠久复杂，形态构造呈特殊的不对称性，许多种类因美 味可口而具有重要经济价值，开展分类学研究有典型的生物学代表意义和生产指 导意义，但其分类系统至今尚未统一。 论文依托前期工作基础，通过设计专项数据库、建立标准化数据索引和开发 流程化分类学功能模块，探索将信息要素和分类检索研究方法有机融为一体的技 术方法，研究了形态构造特征信息和分子序列信息的弥合模式，设计研制了以分 类阶元系统为目录索引，以分类检索表、分子标记、d n a 条码分子鉴定、生物 学参考信息、参考文献和亲缘关系分析等为主要功能组成和应用方向的鲽形目 分类信息分析系统( p l e u r o n e c t i f o r m e st a x o n o m yi n f o r m a t i o na n a l y s i ss y s t e m ) ) ) ( 简称鲽形目分类系统，p t 队s ；著作权登记号2 0 0 9 s r 0 2 2 1 9 ) ，建立了鲽形 目分类学信息软件开发模式。 1 基于g t i 规划的2 0 0 8 2 0 2 0 年分类学产出，建立了鲽形目分类学数据源 综合模糊评价体系。在对数据源进行初步评估、筛选和归类的基础上，分析了不 同数据源内容、结构及其相互间关系，设计了适用于p t i a s 系统的元数据、索 引体系和数据库模式，为分类检索系统的开发奠定了数据基础。 2 设计了可兼容不同g t i 数据库分类目录的数字化分类阶元系统。基于树 型数据窗口( t r e e v i e wd a t a w i n d o w ) ，建立了可扩展上下级阶元、可任意组合不 同阶元的数字化分类阶元系统模块，为动态应用阶元组合动态整合数据、开展信 息比较分析、构建专项数据库等数据操作等奠定了索引目录结构基础。 3 、提出了定距式二歧检索表b i o s k e y 算法。建立了以数据过滤模式调取检 索表的特征性状并进行组合查询的方法，讨论了传统二歧检索表的树数据结构的 同组层无序化特征，及其将之与二叉树结构进行辨分的必要性，为纸质分类检索 表的数字化提供了新的工具。同时，基于各种系统的树结构相似性、阶层体系相 似性和物种阶元单位的高度一致性，探索了将b i o s k e y 算法应用于建立支序回溯 系统，用以集成各类系统信息的可行性。 4 从序列信息检索直观化角度出发，基于m t d n a 和n d n a 基因组结构和 数据窗口( d a t a w i n d o w , d w ) ，建立了直观的分子标记热键检索模式；设计了通 过鼠标控制函数检索d n a 条码、分子标记等序列信息，并与分类系统目录进行 阶元关联的方法。 5 研究了大尺寸数据库的快速处理技术，同时建立了不同d o s 模式的b l a s t 、 c l u s t a l 、p h y l i p 软件包的w i n d o w s 平台运行的优化环境。为加速数据检索、提取 和数据库重建，设计了将数据存储( d a t a s t o r e ) 嵌入内存数据块进行索引化操作 的快速算法，为w i n d o w s 系统中大文件访问与处理中的i o 与内存限制的瓶颈技 术问题。 6 研究了以平台模块方式处理不同分类学信息的系统设计与构建方法。按 分别设计、系统集成模式，开发了9 个数据模块、9 个分类学功能模块和3 个数 据处理辅助模块。各种标准化数据用于有序化伺服系统初始化、数据库和检索索 引，或通过程序内建函数转化为分类学专业格式如林奈分类目录、分类检索表、 分子序列表和系统发育树等，或为系统的可见与不可见控件如选择列表、数据存 储索引等提供初始化参数。 7 针对g t l 分类学信息门户，基于微软w e b 浏览控件建立了物种w e b 信 息浏览与编辑工具，方便于使用者自定制w e b 信息的采集与管理，并基于复合 索引实现了w e b 信息与系统阶元目录的有效关联。 关键词：鲽形目；分类学信息；数据库；分类检索表；d n a 条码；系统发育树 i i t 一 一 - ia x o n o i l licid e n tit ic a t10 na n da p piic a tio nr o o d ein i e c u i a b i 。g yo fp l = r o n e c t 。f o r m e s m o i eu i a rbo i o e yo fpe u r o n e c t i t o r m e sil a b s t r c t s i n c et h eb e 酉m l i n go ft h e21s tc e n t u r y , i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o n ss p e c i a l i z i n g i nf i s h e r y , e c o l o g ya n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n , a n ds y s t e m i c ss t u d i e sh a v eb e e n a t t a c h i n gp r i m a r yi m p o r t a n c et ot a x o n o m yf o ri t sf u n d a m e n t a lr o l ei nb i o d i v e r s i t y s t u d i e s p r o t o c o l so nu n e a r t h i n ga n ds h a r i n gt a x o n o m i ci n f o r m a t i o nh a v eb e c o m ea h o t s p o ti s s u eo ft h eg l o b a lt a x o n o m yi n i t i a t i v e ( g t i ) u n d e rt h ec o n v e n t i o no n b i o l o g i c a ld i v e r s i t y ( c b d ) g t is p a r e sn oe f f o r tt ot a c k l et h e t a x o n o m i c i m p e d i m e n t w h i c hs e r i o u s l yh i n d e r st h et a x o n o m i ca p p l i c a t i o n st ot h es u s t a i n e d e x p l o i t a t i o n o fn a t u r a lb i o l o g i c a lr e s o u r c e s h e n c e f o r t ht h e d i g i t a lt a x o n o m i c i n f o r m a t i o ns y s t e mh a sb e e np r o m o t e da ts u c ha na c c e l e r a t e d s p e e dt h a t i ti s i n e v i t a b l et od i 酬i z es t o r a g eo fe x i s t i n gk n o w l e d g e ，s h a r et h en e t w o r ka n d s t a n d a r d i z et h ei n t e g r a t e dd a t a h o w e v e r , f o l l o w i n gl i n n a e u s ，a l m o s ta l lr e s e a r c h r e s u l t so nc l a s s i f i c a t i o nw e r ek e p ti np r i n t e df o r m a tw i t ha b u n d a n tc o n t e n t s ，r i c ht y p e s ， c o m p l e xs t r u c t u r e sa n dp l e n t i f u ln u m b e r so fl a n g u a g e s a tp r e s e n t ，t a x o n o m i cd a t a s t i l ls c a t t e r si nd i f f e r e n ts u b j e c td a t a b a s e sw i t hm o s tt e c h n i c a ll i t e r a t u r es l u m b e r i n gi n l i b r a r i e s ，m u s e u m sa n da r c h i v e s t h ef a c tt h a tf e wt y p e so fs o f t w a r ea r ed e s i g n e df o r e x p l o i t a t i o na n dd i g i t a l i z a t i o no ft h et r a d i t i o n a lt a x o n o m i ci n f o r m a t i o n , e s p e c i a l l yt h e l a c ko fas y s t e mt ob r i d g et h et r a d i t i o n a lt a x o n o m i cd a t aa n dt h em o l e c u l a rs e q u e n c e s ， i n c r e a s e st h ed i f f i c u l t yi nc o n n e c t i n gv a r i o u sd a t af o rc o m p r e h e n s i v ea p p l i c a t i o n s p l e u r o n e c t i f o r m e s ( f l a t f i s h ) i sa no r d e r 、加也s p e c i a la s y m m e t r i cs h a p ea n d s t r u c t u r e ，a n dal o n gc o m p l i c a t e dh i s t o r yo fe v o l u t i o n m a n ys p e c i e so ft h eo r d e ra r e o fg r e a ti m p o r t a n c et ot h el o c a le c o n o m yf o rt h e i rv a l u a b l er e l i s h t a x o n o m yr e s e a r c h i sm e a n i n g f u lf o rb o t hb i o l o g i c a ls t u d i e sa n da q u a c u l t u r ep r o d u c t i o n , b u tu pt on o w t h et a x o n o m i cs y s t e mr e m a i n su n i n t e g r a t e d f o re x p l o r i n gt h em e t h o d st oi n t e g r a t ea uo ft h et a x o n o m i ci n f o r m a t i o no ft h e s p e c i f i ct a x au n d e raw i n d o w sa p p l i c a t i o n ，t h i st h e s i sd e v e l o p sap r o g r a mn a m e d p l e u r o n e c t i f o r m e s t a x o n o m yi n f o r m a t i o na n a l y s i ss y s t e m ( p t i a s ) ( n a t i o n a l c o p y r i g h tr e g i s t r a t i o nn u m b e r ：2 0 0 9 s r 0 2 2 19 ) t of i n do u tt h et e c h n i q u e sf o rb r i d g i n g a n dt r a n s f o r m i n gt a x a t a x o nt a x o n o m i ci n f o r m a t i o nt o s p e c i a l i z e dc o r r e s p o n d i n g f o r m a t s ，s u c ha st a x o n o m ys y s t e m ，i d e n t i f i c a t i o nk e y s ，m o l e c u l a rm a r k e r s ，d n a b a r c o d e s ，p h y l o g e n yt r e e ，b i b l i o g r a p h i e sa n do t h e rt a x o n o m i cr e f e r e n c e s 1 i l l u s t r a t et h em e t h o do fc o n s t r u c t i n gt a x o n o m i cd a t am o d u l e sf o rp t 执s b a s e do nt a x o n o m yo u t p u t so fg t is c h e m ef r o m2 0 0 8t o2 0 2 0 ，t h et h e s i sf i r s tb u i l ta c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d u l eb yf u z z ya n a l y s i s ，t h e ne v a l u a t e d ，s e l e c t e da n d c a t e g o r i z e dd a t as o u r c e sw i t has t a n d p o i n to ft a x o n o m y , a n dt h e na n a l y z e dt h e s t r u c t u r e ，c o n t e n ta n dr e l a t i o n sa m o n gv a r i o u sd a t a b a s e s ，a n df i n a l l yd e s i g n e da m e t a d a t aa n di n d e xs y s t e m 、i t l lad a t a b a s em o d u l ef o rp t i a s 2 d e s i g nad i g i t a lt a x o n o m ys y s t e mm o d u l ef o ri n t e g r a t i n gd i f f e r e n tt a x o n o m i c c a t a l o g sf r o mg t id a t a b a s e st op t i a s b a s e do nt r e e v i e wd a t a b a s e ，t h et h e s i s e s t a b l i s h e da l le x t e n d a b l es t r a t u mm o d u l e ，a b l et os t r e t c ht oa l lt a x o nl e v e l sa n d c o m p o s ea n yt a x o no rt a x ac o m b i n a t i o nt ob r i d g et a x o n o m i ci n f o r m a t i o n t h e m o d u l ei sd e s i g n e da st h eb a s i cc o m p o n e n tf o rd a t ac o n n e c t i o n , c o m p a r a b l ya n a l y s i s ， d a t a b a s er e c o n s t r u c t i o na n do t h e rd a t a p r o c e s s i n go f c e r t a i ns p e c i e s g r o u p d y n a m i c a l l yd e s i g n a t e d 3 d e v i s eab i o s k e ya l g o r i t h mf o rt r a d i t i o n a li d e n t i f i c a t i o nk e y sa n dc l a d i s f i c s t r a c k b a c ks y s t e mo fp t i a s b a s e do nk e y si np r i n t e df o r m a ta n da t t r i b u t e so f d a t a w i n d o w , t h et h e s i ss t u d i e sac o n c i s et r e em o d u l e ，e x t e n d a b l et od i s p l a yp i c t u r e s o fs h a p ec h a r a c t e r i s t i c so ff l a t f i s h e s ，a n da b l et oa p p l yi nm u l t i - k e ys e a r c h i n g ， f o r m i n ga l li n d e xm e c h a n i s mf o rd e r i v i n gt e r m i n o l o g yw o r d sf r o mo r i g i n a | k e y s 即1 en e c e s s i t yo fd i s t i n g u i s h i n gs t r u c t u r eo fd i c h o t o m o u sk e yf r o mb i n a r yt r e ei s d i s c u s s e d ，s i n c et h e r ei sn os u bn o d ew i t hp r i o r i t yo fo r d e ro rc o m p a r a b l ev a l u e si n t h es a m el e v e ld u r i n gt h ep r o c e s s i o no fd i c h o t o m o u sg r o u p i n g f o rp r o b i n gt h e p o s s i b i l i t y o fi n t e g r a t i n gn e c e s s a r yi n f o r m a t i o no fp h y l o g e n e t i cs y s t e m sa n d l i n n a e a ns y s t e ma n de v e ni d e n t i f i c a t i o nk e y s ，ad i g i t a lc l a d i s t i c st r a c e b a e ks y s t e m i ss u g g e s t e dt ob eu s e df o ri n t e g r a t i n gv a r i o u ss y s t e mv i e w p o i n t sb a s e do l lt h e s i m i l a rt r e ed a t as t r u c t u r e ，t h ec o l l e c t i v et a x as t r a t aa n dt h ec o m p l e t e l yu n i f i e d s p e c i e st a x o no fa l ls y s t e m s 4 p r e s e n tav i s u a lh o t k e yi n d e xm o d u l ef o rm o l e c u l a rm a r k e r so fp t i a s b a s e d o ng e n o m es t r u c t u r eo fm t d n aa n dn d n a ，t h eg r a p h i cm a r k e r sa r ep u ti n t o d a t a w i n d o wa sf u n c t i o n a lb u t t o n so fi n d e x e sf o rr e t r i e v i n gs e q u e n c er e c o r d s e a c h h o t - k e yi st r a c e db yt h em o u s e m o v ef u n c t i o n , a n di sb o u n d t or e t r i e v i n gi n d e x e sa n d d a t ao fd n ab a r c o d e s ，m o l e c u l a rm a r k e r sa n dt h et a x o n o m i cc a t a l o gw h e n a c t i v a t e d 5 s t u d yo nar a p i dp r o c e s s i n gm e t h o df o rl a r g ed a t a b a s ea n db u i l da no p t i m i z e d t h el o c a le n v i r o n m e n tf o rb l a s t , c l u s t a lwa n dp h y l i pp a c k a g e 、析ld i f f e r e n t m s - d o sm o d e su n d e rw i n d o w ss y s t e m f o ra c c e l e r a t i n gd a t er e t r i e v i n g ，d a t a e x t r a c t i n ga n dd a t a b a s er e c o n s t r u c t i n g ，d a t a - s t o r et e c h n i q u ew a si n f i x e d t of i l e m a p p i n gp r o c e s st ol e a di n d e x e ss e a r c h i n gi n t od a t ab l o c k so fm e m o r y u s i n ga s e t t a b l es m a l la m o u n to fb u f f e r , t h er a p i dm e t h o dc o u l dc o m p l e t e l yo v e r c o m et h e c h o k ep o i n to fi oa n dm e m o r yw h e n d e a l i n gw i t hb i g f i l e s 6 r e s e a r c ho nt h em e t h o do fd e s i g n i n gas y s t e ma n dt h ec o n s t r u c t i o no fu s i n g p l a t f o r mm o d u l e sf o rd i f f e r e n tt a x o n o m i ci n f o r m a t i o n t h e9d a t am o d u l e s ，9 t a x o n o m i cf u n c t i o n a lm o d u l e sa n d3d a t ap r o c e s s i n gs e r v i c em o d u l e sa r es e p a r a t e l y d e s i g n e da n di n t e g r a t e di np t i a s a l lo ft h es t a n d a r d i z e dd a t af u n c t i o n so r d e r l yf o r p l a t f o r mi n i t i a l i z a t i o n , d a t a b a s e s ，i n d e x e s ，a n dt h et a x o n o m i cf o r m a t sa u t o m a t i c a l l y t r a n s f o r m e d b y t h eb u i l t - i n p r o g r a m f u n c t i o n ss u c ha sl i n n a e a n s y s t e m ， i d e n t i f i c a t i o nk e y , m o l e c u l a rs e q u e n c et a b l ea n dp h y l o g e n e t i et r e e , a sw e l la s i n i t i a l i z a t i o np a r a m e t e r sf o rv i s i b l eo ri n v i s i b l ec o n t r o l sl i k ed a t a w i n d o w s ，d r o p d o w n l i s t sa n dd y n a m i cd a t a s t o r e s ，e r e 7 s c h e m ea l lo n l i n ed a t ar e t r i e v i n g ，e d i t i n ga n de x t r a c t i n gm e t h o df o rg t i t a x o n o m i cd a t a b a s e s m i c r o s o f tw e bb r o w s ea c t i v ec o n t r o li se m p l o y e dt od e v e l o p t h ec o m p o n e n to ft a x o n o m i cr e f e r e n c ei n f o r m a t i o nm o d u l e ，a n di n d e x e sf o rg t i p o r t a l sa r eu s e dt ob r i d g et a x o n o m yc a t a l o ga n db i n di n f o r m a t i o n k e yw o r d s ：pie u r o n e c tif o r m e s ，t a x o n o m icin f o r m a tio n d a t a b a s e i d e n t i f i c a t i o nk e y d n ab a r c o d e s p h y i o g e n e t i ct r e e i i i 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 l 注；垫逡查墓焦重要缱别壹盟的：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签等：一丞缀未签字日期：。哆年二月j 。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：易钐瑟爿 签字日期汐7 私月，o 日 导师嫁兜匆虎 签字日期：年 月日 鲽形目分类检索及分子生物学应用模式研究 博士学位论文 第一章文献综述弟一早义降仄练尬 o引言 联合国粮农组织预测，未来3 0 年中世界人口将增长至1 8 0 多亿，为保证食品足 够供应，食品产量需在现有基础上增加7 5 。海洋鱼类是人类食品蛋白质构成中 的重要组成部分，但由于全球环境与气候逐渐恶化，尤其是海洋渔业中的过度捕 捞成为海洋生态系统恶化、渔业资源不断衰竭的主要威胁，世界海洋渔业品种的 约四分之三已得到完全利用或者已被过度利用【1 1 ，保护生物多样性和渔业资源、 未来实现1 0 0 可持续海水养殖的长期目标已成为国际社会的共识【2 】。 鲆鲽类有许多种类肉质细嫩，味道鲜美、营养丰富，是我国和欧州、美州、 日韩等许多国家重要的经济种类，如牙鲆( p a r a l i c h t h y so l i v a c e u s ) 是我国沿海 广为分布的传统重要经济鱼类，并已成功获得了纯系【3 】；大菱鲆( s c o p h t h a t m u s m a x i m u s ) 是欧洲大规模商业化生产的经济鱼类，我国从英国引进后迅速发展成 为冷温型养殖良种嗍；近年来我国相继开发引进的美国漠斑牙鲆( p a r a l i c h t h y s l e t h o s t i g m a ) 、美国犬齿牙鲆( p a r a l i c h t h y sd e n t a t u s ) 、塞内加尔鳎( s o l e a s e n e g a l e n s i s ) 、大西洋庸鲽( h i p p o g l o s s u sh i p p o g l o s s u ) 、半滑舌鳎( c y n o g l o s s u s s e m i l a e v i sg u n t h e r ) 、条斑星鲽( v e r a s p e rm o s e r i ) 、石鲽( k a r e i u s b i c o l o r a t u s 三) 和圆斑星鲽( v e r a s p e rv a r i e g a t u s ) 等，都成为深受市场欢迎的名贵鱼种【5 1 3 】。目 前，我国已把鲆鲽类产业技术体系建设列为可持续海水养殖的重点内容。 鲆鲽类又称比目鱼( f l a t f i s h e s ) 或偏口鱼，n e l s o n 认为其分类阶元( t a x o n ) 属为脊索动物i - ( c h o r d a t a ) 、硬骨鱼纲( o s t e i c h t h y e s ) 、辐鳍亚纲( a c f i n o p t e r y g i i ) 、 鲈形总目( p e r c o m o r p h a ) 、鲽形目( p l e u r o n e c f i f o r m e s ) ，是脊椎动物中唯一成 体形态构造左右两侧不对称的个类群。幼鱼身体为左右对称，但发育过程中因 眼球偏移而产生头盖骨特别是额区与筛区骨块的扭曲，成鱼形成头骨左右两侧不 对称的独有分类特征【1 4 1 。由于进化历史悠久，鲽形目的多样性丰富复杂，分布广， 是海水鱼中种类较多的一目，但生物量在硬骨鱼纲中的比重不大【1 5 1 。多为热、温 带大陆架区海洋底层鱼类，少数栖息于深水、江河海口淡水区，种类分布与海流、 水深和水温等环境因素密切相关。g b i f 分类门户( g b i f ，w w w g b i f o r g ) 现录 载世界鲽形目鱼类记录共3 6 3 ，2 9 9 条，分类为1 1 科2 3 0 属7 0 2 种【1 6 1 ；台湾世界 一 鲽形目分类检索及分子生物学应用模式研究 博士学位论文 鱼类目录以纳尔逊鱼类系统为索引，记载有2 亚目1 2 科1 4 1 属6 7 8 种 1 7 1 ；中国 动物志( 硬骨鱼纲鲽形目) 中记载了中国产3 亚目8 科5 0 属1 3 4 种【l 引。 分类系统综合反映了分类学将形态、构造、进化、生理生化、遗传与群体遗 传、基因等各个研究水平的生物学研究成果在分类学中的应用。由于鲽形目是重 要的经济类群，其分类学研究和遗传多样性研究备受关注。自林奈自然系统 中设立鲽属( p l e u r o n e c t e s ) 以来的2 0 0 多年中，鲽形目的分类学地位包括确定 各阶元分类与演化地位所涉及到的特征选择、进化证据和目内系统关系等关键问 题，争议一直不断，结论有同有异，至今未形成公认的生命树系统。 鲽形目除经济价值很高外，外观形态独特，进化地位特殊，栖息环境复杂， 生物多样性丰富，分类阶元较少但种类很多，分类学观点众多不一，有非常典型 的分类生物学与系统生物学意义。讨论、研究和分析鲽形目分类学信息的范畴、 信息标准化、数字化信息的重要作用、分类学信息化工具的发展现状，有利于明 确该类群分类学信息研究的重点、目标和方向，是有效集成分类学信息、拓宽分 类检索范围和开展分类学信息研究工作、开发高效能信息软件系统的前提和基 础。 1 分类学信息及其标准化研究进展 1 1 生物分类学信息 1 1 1 分类学与系统学 分类学是区分有机体的种类并将之分类的理论和实践1 9 2 0 ；系统学 ( s y s t e m a t i c s ) 是关于生物分类、生物多样性以及生物间亲缘关系的研究【l 川。 c h a r l e s ( 1 9 7 0 ) 进一步厘清系统学和生物分类学的关系为：系统学的领域包括( a ) 提供生物的科学名称，( b ) 描述生物，( c ) 保存被命名和描述的生物的标本，( d ) 确定生物分类地位、分类检索特征和分布数据，( e ) 研究生物的进化史，( f ) 考 虑生物的环境适应：两个学科历史悠久但近年来混淆不清的主要原因是所涵盖的 内容；( e ) 和( f ) 与进化有关，其他则属于分类问题；考虑上述( a ) 一( d ) 因 素，生物分类学属于系统生物学的一部分【2 。m a y r 认为，由于生物物种数量庞 大，虽然形态分类只是以少数可分辨的成对性状为基础，但分类学仍然是整个系 统学的主干和基础；早期分类主要强调检索表的制作，现在分类着重于为信息贮 2 蠊形目分类检察及分子生物学应用模式研究博士学位论文 存和信息检索系统构建索引豳】。全球分类学倡议( g t i ) 则规定，根据广义的理 解，生物分类是指生物类别的划分，但这门学科通常侧重的是对物种、物种的遗 传变异性以及物种之间的关系进行描述；就生物多样性公约实践应用来说，对生 物分类的理解是最广义的，其中包括遗传、物种和生态系统层面上的系统学和生 物系统学】。 1 1 2 各种生物分类学信息之间的关系 根据上述定义，狭义( 经典) 的生物分类学信息范围包括生物实体或标本、 特征描述、物种间关系的研究结果和分类检索表；广义的生物分类学信息范围， 则可拓展至以生物分类或者生物分类应用密切相关的所有生物分类信息，内容涉 及生物分类学、生物系统学、遗传学和生态学等多个学科。 分类学的概念一直在发展中，由于生物演化是无法完全模拟的已发生事实， 因而系统发育学方法有多种手段来分析、评估和推测生物间的亲缘关系，分类学 概念因此多年来难以统一。即使是广义的分类法，不同学术领域的理解和定义也 不一致。g e n b a n k 应用了 n c b it a x o n o m y 一词，试图以林奈物种系统来对分子 数据进行归类，然而t a x o n o m y 的用词严谨性遭到非议 2 4 1 ；生物信息学 ( b i o i n f o r m a t i c s ) 一词原本包括基因、物种和生态系三个不同层次的所有生物数 据，但此概念一度成为研究基因数据库的代名词，c o s t c l l o 等对这种认识上的偏 颇进行了校正，从基因、物种、种群三个层面上厘清了生物信息学和生态信息学 ( e c o i n f o r m a t i c s ) 、亲缘信息学( p h y l o i n f o r m a t i c s ) 、物种信息学( s p e c i e s i n f o r m a t i c s ) 、生态信息学( e c o i n f o r m a t i c s ) 以及地理信息学之间的关系【2 5 1 。 1 1 3 分类学与分类学信息范畴 综合上述情况，参照g t i 定义的分类学( t a x o n o m y ) 和分类学信息( t a x o n o m y i n f o r m a t i o n ) 概念所实际涉及的领域及范围，我们沿用广义分类学( t a x o n o m yi n ab r o a ds e n s e ) 概念【2 6 1 规定论文所涉及的分类学与分类学信息的范畴。 ( 1 ) 广义分类学即系统学，根据生物的特征和生物间的亲缘关系、演化顺 序对生物进行分类，最终目的是以分类为基础，阐明生物间亲缘关系和进化地位， 建立物种进化系统。从生物分类信息角度，广义分类学( 下称分类学) 研究是应 用先进技术、理论和方法，从各相关学科研究成果中获取生物分类信息( 下称分 类信息) ，进而研究分析生物分类、命名、鉴定和系统发育，最终合理完善生物 分类系统、科学认知生命进化系统的过程。 一 鳔形目分类检索及分子生物学应用模式研究博士学位论文 ( 2 ) 分类学信息是所有可作为生物分类依据的各种有序化信息的集合，其 范围随着分类学定义的广义化而不断拓展。生物分类信息种类包括可应用于生物 分类的生物名称及其描述生物特征的文字、字符、数字、图片、图表、声像、实 体标本资料及利用这些资料所生成的再生信息或数据，用于描述生物分类学特 征、生物学特性和进化特性，并分别反映不同相关学科在不同历史时期从不同角 度和层面对生物分类的科学认知程度和研究现状。 按照进化论的同祖进化原则，所有被分类的对象都是进化产物，因而生物分 类信息的系统总成，可直接反映对生物进化历史的归纳与总结。目前，分类学研 究已从形态学、比较胚胎学、比较解剖学和古生物学等发展到分子生物学阶段， 分类学信息的结构与组成在不断发展和完善中。尽量获得更全面的生物学依据， 能为建立自然分类系统提供更多的数据支持。 1 2c b d 从全球应用角度重新发现分类学价值 1 2 1 面向解决分类学障碍重振学科发展 长期以来，由于分类方法、信息标准和语言等诸多问题，分类学信息整体上 一直处于混乱状态。1 9 9 2 年6 月1 日，联合国环境规划署发起的政府间谈判委员会 第七次会议在内罗毕通过了c b d 。c b d 缔约方大会第四届会议提议发起全球分类 工作倡议1 2 7 ；第五届会议确定了优先需求信息、各国生物分类能力评价、将g t i 作为交流工具等基本生物分类措施，并决定将这些措施纳入专题和跨领域工作方 案，并强调指出“生物分类学界非生物分类学家的普遍看法是，从历史上看，生物 分类学的前景正在逐渐黯淡，这一看法必须改变，以反映全球生物分类界的现代 观点和想法”【2 8 】；第六届会议确认缺乏分类知识是妨碍执行c b d 的主要因素之 一，通过了g t i 工作方案【2 9 】；第八届会议专题说明分类信息科技合作、资料交换 所机制及其在处理各生物分类学数据库方面的作用【3 0 】。在c b d 推动下，分类学 信息研究与开发逐步走上全球统一科学规划、各国协调共谋发展的轨道。 1 2 2c b d 现阶段的重要分类学产出 在所涉及的分类领域，c b d 所指的分类学是包括遗传、物种和生态系统层面 上的系统学和生物系统学的广义的生物分类掣2 3 1 。c b d 同时指出，生物多样性 保护依赖于人类的分类学认知程