生命条形码和生命之树的研究与应用在近十年内备受关注，成为生命科学研究领域的两个热点。本文综述了生命条形码和生命之树的概念来源、研究现状、面临问题与解决方案，并对其发展前景进行了展望。生命之树概念的形成有着悠久的历史渊源，DNA条形码的提出和实施则只有十年的历史，两者均得益于测序技术和生物信息技术的蓬勃发展；但两者的目的不同，生命条形码技术旨在实现对物种的快速鉴定，而生命之树研究的主要目的则是重建生命世界的起源和进化历史以及各生物类群之间的亲缘关系，因此应根据两者不同的目标任务而采取相应的发展思路和顶层设计。本文针对目前生命条形码和生命之树研究领域遇到的瓶颈和问题进行了阐述，并提出了相应的解决方案。最后，作者建议我国学者抓住机遇，与多个领域的学者和工程技术人员广泛合作，推动DNA条形码鉴定技术和生命之树理论研究的快速发展。
澄清植物种类是植物分类学研究的基础，也是开展iFlora编研的前提，而植物物种调查则为其提供了最为基础和重要的研究素材。传统的植物物种调查，或以植物区系调查为目的，或是专类植物资源搜集，往往较为忽视种群层面的调查。iFlora计划中，基于地方种群的植物物种调查应予以重视和贯彻实施。系统的植物物种调查将以“个体(标本)—(地方繁育)种群—物种”为核心展开，其中地方繁育种群是调查的中心环节。调查内容将兼顾种群的形态学、生态学和遗传学三方面的学科需求，以期获得全面详实的物种数据，并藉此建立一套完整规范的物种“档案”。在整个植物物种调查中，“模式产地种群”是关注的重点，需制定缜密的调查方案并优先实施。由于模式标本的残缺、原始描述的简略，在未来的物种分类研究中，植物分类学者必须认真考虑“产地模式标本”和“模式产地种群”所扮演的重要角色。作为自然界中客观存在的群体，“模式产地种群”不仅仅是模式标本的注脚和补充，它犹如地质学上的“金钉子”，将为研究者提供最为权威和充分的形态学、生态学和遗传学等研究信息，从而真正将物种分类研究从“故纸堆”的困境中解放出来。
构建准确、有效的物种遗传信息库并运用其作为主要的物种鉴定检索数据库，是新一代植物志 (iFlora) 与传统植物志的本质区别。采集并准确鉴定数以万计的植物样品用于建立遗传信息库存在一定困难，随着遗传信息获取技术的快速发展，使馆藏植物标本成为获取遗传信息的重要补充，并具有提升遗传信息库建设速度和可靠性的较大潜能。本文结合已有的研究和实验室多年工作实践，论述了植物标本作为iFlora物种遗传信息提取材料的可行性和不可替代性；总结了标本遗传信息提取过程中的主要困难和存在问题，并提出一些解决方法；阐述了使用馆藏标本特别是利用模式标本材料构建遗传信息标准库对iFlora构建的重要作用和意义。
DNA条形码主要目的是物种鉴定和新物种或隐存种的发现，而DNA条形码参考数据库是物种快速鉴定的重要基础。目前中国维管植物DNA条形码参考数据库正在建设之中，借助于公共数据库（NCBI）和初步建立的中国植物DNA条形码参考数据库，运用DNA条形码数据开展了植物标本鉴定的核查工作：（1） 比较DNA序列信息与标本鉴定信息，从科、属、种级水平查找鉴定错误的标本；（2） 基于有较好研究基础的DNA条形码参考数据库，开展未知标本的鉴定；（3） 通过对标本核查的总结，提出DNA条形码参考数据库建设过程中的几点建议。
物种是iFlora数据采集的基本对象，但我们面临的植物是一个庞大、复杂的体系，没有正确的分类认识和物种鉴定方法，就不能保证iFlora的准确构建。目前植物中存在着不少数量的疑难种、争议种，已定种分类界限的准确性以及复杂的种下分类单位，都给iFlora的构建带来了较大的问题。本文以作者近年来研究的薯蓣科（Dioscoreaceae）薯蓣属（Dioscorea L.）、蓼科（Polygonaceae）何首乌（Polygonum multiflorum Thuna.）、唇形科（Lamiaceae）夏枯草属（Prunella L.）等为主要例子，对iFlora核心数据中的DNA条形码信息及基础数据中形态学分类信息的建设提出几点思考。重点提出，关注物种尤其是广布种，由于其分布范围广泛，在不同分布区个体常表现出连续变化特征，而实际工作中往往会出现忽略连续变化特征而把1个种在分布区端点的居群鉴定为不同种的问题；因此应关注种的居群DNA条形码的变异幅度。
DNA条形码技术就是利用一段较短的标准DNA序列对物种进行快速鉴定。与基于植物外部形态特征的传统分类鉴定方法相比， DNA条形码具有高效、准确，且易于实现自动化和标准化的特点。马先蒿属（Pedicularis L.）植物具对生（轮生）叶的种类70%以上分布在中国，近缘种间形态上非常相似，鉴定较为困难。研究选取马先蒿属具对生（轮生）叶类群43种164份样品，利用叶绿体基因（rbcL、matK、trnHpsbA）和核基因（ITS）条形码片段，采用建树法和距离法检验4个条形码对这些物种的鉴定效果。结果表明，ITS片段用于建树法和距离法的鉴别率分别为81.40%和89.57%，其鉴别率高于3个叶绿体基因片段和任一基因片段的组合条码。另外，利用ITS成功解决了一些疑难种的分类问题。DNA条形码在马先蒿属研究中的实用性为新一代植物志（iFlora）实现物种的快速和准确鉴定提供了有力支持，并能为分类学、生态学、进化生物学、居群遗传学和保护遗传学等分支学科的研究提供重要信息。
秋海棠属植物种类繁多，形态变异多样，导致种类的系统放置混乱，近缘种类鉴定困难。利用DNA条形码实现物种快速准确的鉴定技术具有不受形态特征约束的优势，为秋海棠属植物的分类鉴定提供了新的方法。本研究选择4个DNA条形码候选片段（rbcL，matK，trnHpsbA，ITS）对中国秋海棠属26种136个个体进行了分析。结果显示：叶绿体基因rbcL，matK和trnHpsbA种内和种间变异小，对秋海棠属植物的鉴别能力有限；ITS/ITS2种内和种间变异大，在本研究中物种正确鉴定率达到100%/96%，可考虑作为秋海棠属DNA条形码鉴定的候选片段。研究结果支持中国植物条形码研究组建议将核基因ITS/ITS2纳入种子植物DNA条形码核心片段中的观点。
iFlora是结合传统分类学与DNA测序和信息技术，通过系列关键技术进行集成，构建便捷、准确识别物种和掌握相关数字化信息的新一代智能植物志。iFlora研发中首要和迫切的任务之一就是寻找适合于大多数植物和经济蘑菇的标准DNA条形码序列。为筛选适合大型经济蘑菇的DNA条形码，本研究以云南食用牛肝菌为例，选取野生食用菌市场上常见的、被当地人认为的4“种”牛肝菌为研究对象，利用核糖体大亚基（nrLSU）、翻译延长因子1α（tef1α）、RNA聚合酶II大亚基（rpb1）和RNA聚合酶II的第二个大亚基（rpb2）四个DNA序列，使用真核生物通用引物进行扩增、测序和测试。研究发现这4“种”样品实际上代表了12个独立的物种，进一步研究表明4个候选片段的扩增和测序成功率均为100%，且不存在种间和种内变异的重叠。4个片段的物种分辨率均较高，但与nrLSU相比，rpb1、tef1α和rpb2具有更为明显的条形码间隔。鉴于rpb1比tef1α和rpb2具有更高的种间变异和较低的种内变异，建议将rpb1作为牛肝菌属的核心条形码，tef1α和rpb2可作为该属的辅助条形码。
作为新一代植物志iFlora的重要组成部分，DNA条形码已经成为物种鉴定中重要且有效的方法。本研究以亚热带森林的乔木树种为研究对象，开展了DNA条形码的尝试性工作。为评估DNA条形码对鉴定亚热带森林树种的有效性，收集并研究了来自哀牢山自然保护区内51科111属中204个树种的525个乔木个体。结果显示，所选4个DNA片段（rbcL, matK, trnHpsbA和ITS）的PCR扩增成功率都超过90%；测序成功率rbcL和matK最高，分别为90.7%和90.5%，trnHpsbA次之（83.6%），ITS最低（73.5%），表明4个片段在亚热带森林乔木中都具有较好的通用性。应用BLAST与NJ Tree两种方法，对物种和属水平的鉴别成功率进行统计，发现单片段中ITS最高，分别为68.4%~81.3%和99.0%~100%， 核心条码rbcL和matK组合的成功率是52.8%~60.2%和86.7%~90.5%，再与补充条码trnHpsbA和ITS联合，可以成功鉴别74.7%~79.6%哀牢山自然保护区亚热带森林中的乔木物种。由于ITS片段在亚热带森林部分重要树种类群（樟科和壳斗科等）中的测序成功率较差，所以对这些植物类群采用trnHpsbA作为DNA条形码是一个更好的选择。
竹亚科是一个形态上鉴定困难且易于混淆的类群。DNA条形码技术为这一类群的鉴定提供了一个辅助手段。核心条形码（rbcL+matK）在竹亚科中的鉴别率很低，因此，有必要针对竹亚科筛选有效的DNA条形码片段。本研究根据已发表的竹亚科叶绿体基因组序列，筛选出16个片段，包括1个基因片段和15个基因间隔区，选取青篱竹族和箣竹族的10属22种30个个体，进行引物通用性、测序成功率和变异位点分析。研究结果表明：（1）引物具有较高的扩增成功率，但部分片段中由于存在poly结构造成测序失败；（2）片段中的插入/缺失可以编码，作为信息位点；（3）trnGtrnT(t)具有最多变异位点，建议可作为竹亚科优先选择的DNA条形码；（4）在开展不同类群的DNA条形码和分子系统学研究时，可以按照“trnGtrnT(t)+X”的方式选择合适的叶绿体DNA片段。
DNA条形码技术是利用标准DNA片段进行准确快速鉴定物种的一种方法，理想的DNA条形码片段应具有高通用性。虽然核糖体DNA内部转录间隔区II (ITS2) 被建议作为种子植物有效的DNA条形码，但目前裸子植物还没有通用性高的引物可用。为获得高通用性的ITS2引物，本研究基于裸子植物55个属的5.8S基因的保守序列区设计了3个正向引物，与已有的ITS反向引物组合，组成了7对ITS2引物进行通用性的评价。选取了裸子植物8目、12科和40属的56个种用于本文的研究。引物组合5.8SR/ITS4、5.8SRa/ITS4和5.8SF2/S3R因为在科水平评价中通用性低或者产生的PCR产物有双带，因而排除在全部物种水平上进一步评价。其余4对引物（GYM_5.8SF1/ITS4、GYM_5.8SF1/S3R、GYM_5.8SF2/ITS4和S2F/S3R）在56个物种的PCR检测中，均有100%的扩增率。基于PCR产物的亮度、序列质量和正反向引物覆盖率的综合评价，建议引物GYM_5.8SF2/ITS4作为裸子植物条形码片段ITS2最好的通用引物。
DNA条形码是利用标准的DNA片段对物种进行快速鉴定的技术，已在生物学各相关领域得到广泛应用。随着DNA条形码技术的不断发展和完善，已成功应用于生态学领域的相关研究中。本文综述了DNA条形码在物种快速鉴定和隐存种发现、群落系统发育重建和生态取证、群落内物种间相互关系研究等方面的应用，并介绍了DNA metabarcoding技术和环境DNA条形码在生物多样性和生态学研究领域中的应用。最后，结合新的测序技术和未来大科学装置的发展，在相关数据库逐渐完善，新分析方法和计算模型不断开发使用的情景下，对DNA条形码在生态学相关领域的应用前景进行了展望。
目前植物学研究已进入后植物志时代，iFlora的实现需要以传统植物分类学及相关研究为基础，整合基于高通量测序的DNA条形码（DNA barcoding）技术并开发便携式快速鉴定仪器及构建信息平台。传统植物鉴定多基于形态学分类，而近年来快速发展的DNA条形码快速鉴定技术被各界分类学家认可，在植物鉴定中也被广泛应用。但DNA条形码技术仍存在一些问题亟待解决，如种的鉴定需要多个条形码的解析、Sanger测序平台无法处理混合样品。本文介绍了传统植物分类技术和DNA条形码技术在植物研究中的应用和遇到的瓶颈；并重点介绍了基于高通量测序的metabarcoding技术在植物鉴定及多样性研究中的应用及前景，及其与iFlora的关系。
植物种子形态特征的“多样性”和“保守性”在物种鉴别、分类和系统发育研究等方面具有重要价值。本文探讨了种子形态学信息在新一代植物志（或智能装置）iFlora中的应用，提出在iFlora中增加种子形态信息的必要性。种子形态特征不仅可作为iFlora中物种分类鉴定的重要参考性状，验证iFlora中分子鉴定和系统关系研究的结果，同时还能够进一步丰富iFlora中物种数据信息。
磁珠以其比表面积大、易与生物分子耦联、操控方便等优点，在生命科学中得到了广泛应用。随着微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems, MEMS）技术的发展，将磁珠应用到微流控芯片中构建磁珠微流控分析系统，为生物样品分离、检测提供了一种全新方法。新一代植物志iFlora融入现代DNA测序技术，应用高速发展的信息、网络技术及云计算分析平台，收集、整合和管理植物物种相关信息，以实现物种智能鉴定和数据提取，而包括DNA条形码在内的遗传信息及其获取技术在 iFlora中的作用至关重要。本文重点概述了基于纳米磁珠的微流控芯片技术及其在分子生物学领域中的应用，提出构建基于纳米磁珠微流控芯片的iFlora遗传信息采集系统，在微芯片上完成从DNA提取到测序全过程，实现物种遗传信息的快速、高效获取。
Flora计划的目的之一是为提高公众对植物的认知和了解，移动设备平台软件开发是该计划的重要组成部分。因此，根据iFlora研发的总体需求，在中国植物物种信息数据库的基础上，设计和开发了iFlora beta版移动平台软件。该软件在应用软件设计的基础上，针对安卓系统和iOS系统，实现对物种数据库的基本检索功能、向导式查询功能、专家互动功能及系统个性化功能，满足用户对植物数据快速检索及物种鉴定的需求。在此基础上，探讨了植物检索特征库和图片特征库的建设思路，为iFlora的总体目标实现奠定基础。
石松类和蕨类植物在秦仁昌（1978）系统、《中国蕨类植物科属志》、《中国植物志》、Christenhusz维管植物线性排列系统中和“Flora of China”的科属组成、数量存在很大差异。秦仁昌（1978）系统收录63科223属，《中国蕨类植物科属志》63科226属，《中国植物志》61科220属、Christenhusz线性排列系统38科163属和“Flora of China”38科177属。本文通过比较石松类和蕨类植物的几个主要分类系统中科属的变动情况，拟为新一代植物志（iFlora）中石松类和蕨类植物的编研提供依据。同时，还指出了几个主要的分类系统中关于中文名、拉丁名以及命名人的不一致和错误，为进一步研究提供检索和鉴定参考。
