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植物孢粉的研究方法在司法鑒定中的應用

2014-04-05 07:11朱紅慧
湖南警察學院學報 2014年6期
關鍵詞:孢粉蓋層外壁

朱紅慧

(南京森林警察學院,江蘇南京 210023)

植物孢粉的研究方法在司法鑒定中的應用

朱紅慧

(南京森林警察學院,江蘇南京210023)

植物孢粉,是指植物的孢子和花粉,屬于“孢粉學”的研究范疇。植物孢粉在自然界分布很廣,密切地伴隨著人類的各種活動,容易與多種訴訟活動發生聯系而成為證據。在實際案件中,植物孢粉的利用率很低,反映人們對植物孢粉研究成果及其作用認識不夠,缺乏對司法孢粉檢驗技術的相關研究。為此,對植物孢粉的形態檢驗方法、孢子花粉壁的構造和紋飾檢驗方法、地層中植物孢粉的提取方法進行了分析;對植物孢粉的研究方法在司法鑒定中的應用價值進行探討,以期為司法孢粉檢驗技術的建立提供參考。

孢子;花粉;司法鑒定;應用

植物孢粉是指植物孢子和花粉的簡稱。孢子是隱花植物的配子體,花粉是顯花植物的配子體。每種植物都能產生大量的孢子花粉,受遺傳基因的支配,孢粉在成熟后有的自身散布并撒落于周圍的土壤中,有的借助風向遠處飄散,有的憑借自身氣囊飄浮在空氣中形成“花粉雨”,另外昆蟲、動物等也會成為孢粉散布的媒介。因此孢粉與相對應的植物相比在自然界分布的范圍更加廣泛、分布的密度更大、與人接觸的機會更多,同時也容易存在于各類案件的現場中成為“潛伏”的物證。但是在公安實際工作中,植物孢粉作為物證的提取和檢驗鑒定率非常低,這反映人們對植物孢粉的研究成果及其作用認識不夠,缺乏對相關技術成果的遷移性研究,為了提高孢粉的利用率,充分發揮植物孢粉的證據價值,對植物孢粉的研究方法及其司法鑒定應用價值進行了探討,以期為司法孢粉檢驗技術的建立提供參考[1]。

一、植物孢粉研究方法分析

植物孢粉屬于《孢粉學》的研究范疇,《孢粉學》是對現代植物的孢子花粉和地層中有壁微體化石的形態進行研究的學科。除植物界進行孢粉的形態研究外,地質、農林園藝、醫療、環境等領域也從各自需要的角度對植物孢粉進行研究,取得了眾多的研究成果。在眾多領域的成果中,《孢粉學》對孢粉形態和提取方法的研究以及《植物學》對孢粉發育期鑒定的研究成果對司法孢粉的研究有較高的借鑒和參考價值[2]。

(一)植物孢粉的形態檢驗方法

用肉眼無法覺察的植物孢粉在顯微鏡下則呈現出獨特的形態結構和豐富的外壁紋飾,孢粉的這些現象是“孢粉學”研究的主要內容。在“孢粉學”領域,是以植物孢粉的形態特征、孢粉壁構造和外壁紋飾等要素作為鑒定孢子花粉植物屬種的主要依據。這種通過多種要素判別植物屬種的方法可以為鑒別案件現場的嫌疑植物孢粉提供借鑒。

1.植物孢粉形態特征檢驗內容

鑒定植物孢粉的第一步是要鑒別其形態特征。在生物顯微鏡或掃描電子顯微鏡下,可以觀察到各類植物產生的孢子花粉,其外形有的為球形、有的為橄欖形、有的為星形或扁圓形等,這些形態和構造特征,是檢驗植物孢粉屬種的重要內容。在“孢粉學”中,植物孢粉的形態特征是通過植物孢粉的極性、對稱性、形狀、大小、萌發器官等諸多方面綜合表征的。

(1)植物孢粉的極性

孢粉的極性,是為了對孢粉研究表述的方便人為設定的概念。根據孢粉形態特征的共性設定了“近極點”、“遠極點”、“極軸”、“赤道軸”、“赤道面”、“近極面”和“遠極面”作為觀察測量孢粉的點、線、面。近極點:是指孢子花粉四分體(孢粉母細胞的核,經過減數分裂,形成四個核,圍繞各個核形成垂直的間壁,分裂成為四分體)的中心點。遠極點:是指近極點和每一個孢子花粉的中心點之間的連線延長到外面的交點。極軸:是近極點和遠極點之間的連線。赤道軸:是通過每一個孢子花粉的中心而垂直于極軸的線。赤道面:是指赤道軸所在的平面。近極面:指靠近“近極”的面?!斑h極面”指靠近“遠極”的面?!皹O性”概念的設定為孢粉形態特征的表征確定了尺度和標準。

(2)植物孢粉的對稱性、形狀、大小

對稱性:在掃描電子顯微鏡下各種植物孢子花粉呈現多種不同的立體幾何形態,這一現象表明植物孢粉具有對稱性。孢粉的眾多形態決定對稱性有多種類型,對稱性的類型由其在四分體中的排列方式決定,左右對稱型一般排列于同一平面,輻射對稱多排列于不同平面,呈球形的則歸結為完全對稱。

形狀:植物孢粉的形狀是通過“極軸”和“赤道軸”(P/E)的比例關系來表示的。根據“極軸”和“赤道軸”的比例關系,可將孢子花粉的形狀分為:扁球形(7:8-4:8)、超扁球形(<4:8)、近球形(8:7-7:8)、長球形(8:4-8:7)、超長球形(>8:4)幾個等級,用于對植物孢粉形狀的表述。

大?。翰煌瑢俜N植物孢粉的大小有差異,孢粉學用“大”“很大”、“極大”、“小”、“很小”、“中等”將孢粉大小設定成多個等級。例如,樺屬的植物直徑在10-25微米,在孢粉學中歸于“小”的范圍。蕨類植物的孢子直徑大于200微米屬于“極大”。這些等級和差異是進行植物屬種初步檢驗的重要依據。

(3)植物孢粉的萌發器官

萌發器官是孢子花粉的重要形態特征之一。例如,萌發孔就是花粉的萌發器官。萌發孔一般呈開口狀,位于花粉外壁的薄壁區域。這種開口狀的孔,其長軸一般為短軸的2倍或更?。ㄩL軸與短軸比大于2為“溝”,小于2的為“孔”)?;ǚ蹆缺谠诨ǚ勖劝l時,從萌發孔向外突出形成花粉管。萌發孔的數目、大小、形狀和結構隨植物種類而不同,如射線裂縫是蕨類植物孢子上的萌發器官,單溝和環溝則是裸子植物花粉上的萌發孔,孔溝是被子植物花粉上的萌發孔[3]。實際案件中遇有孢粉形態檢驗,可將上述三個方面特征綜合起來,就可以初步勾勒出植物孢粉的形態特征。例如:用上述的方法對金花茶花粉部分顯微形態進行表述:“金花茶花粉粒為長球形,赤道面觀察為長橢圓形,極面觀為三裂圓形,極軸長度約為48.4微米(44.3-50微米),赤道軸長,29微米……”。[4]

2.孢子花粉壁的構造、紋飾檢驗內容

鑒定植物孢粉形態的第二步是要對孢子花粉壁的構造、紋飾分別進行檢驗。孢子花粉壁的構造、紋飾是植物孢粉的形態檢驗的重要組成部分,它與植物孢粉形態特征一起組合成植物孢粉的“孢粉指紋”,用以將不同屬種的植物孢粉區分開來。孢子花粉壁的構造包括孢粉壁的層次、孢粉壁的結構、孢粉壁的雕紋。

(1)孢粉壁的層次

通過生物顯微鏡可以看到孢粉壁的分層情況。孢粉壁由內壁、外壁和周壁組成。內壁:是靠近孢粉壁最里面的一層,容易受酸堿的破壞而使孢粉失去活性。外壁:是孢粉壁的層次結構中比較復雜的一層,外壁能經受酸堿的作用保持形態不發生變化。通過生物顯微鏡可以很清楚的看到組成孢粉外壁的兩個小層次,位于里面的一層稱為外壁內層,該層沒有雕紋,因此稱為非雕紋層;在外面的稱外壁外層,因為其表面有“花紋”又稱雕紋層;在顯微鏡下仔細觀察外壁外層還可以再細分出“柱狀層”和“復蓋層”兩層,“柱狀層”是里面的一層,“復蓋層”是外面的一層。上述孢粉壁層次不同的組合,是區分不同類型植物的標志,例如,外壁內層、柱狀層和復蓋層三層結構組合是大多數被子植物花粉壁特征構造。所以,通過外壁可以將被子植物花粉與其它植物區分開來。周壁:與外壁相比層次則較為簡單,只是一層薄膜狀物質復蓋在外壁的上面,在花粉的外壁上一般沒有周壁,而只有個別類型的孢子上才有,所以周壁是鑒定某些孢子的特征之一。

(2)外壁的結構

外壁的結構:主要是指組成外壁物質排列的形式。不同類型的植物孢粉其物質組成的外壁層次排列方式各不相同,其中最基本的有四種類型:即復蓋層、半復蓋層、無復蓋層和無結構層。復蓋層:又細分成“復蓋層-穿孔和“復蓋層-無穿孔”兩類”。前者的外壁結構,在復蓋層上分布著孔徑小于花粉壁厚度的孔,在表面的反映為穴狀紋飾;后者則包括復蓋層和柱狀層,而且復蓋層沒有穿孔構造,反映在表面為均勻顆粒狀的紋飾。半復蓋層:指位于復蓋層上的穿孔直徑比花粉壁的厚度大,外表面的紋飾呈大網狀。無復蓋層:是指花粉外壁上缺少復蓋層,外壁表面只有棒、刺狀紋飾。無結構層:是指組成外壁物質分子排列一致,沒有復蓋層,如蕨類植物的孢子和裸子植物花粉的外壁就屬于這一類。通過對孢粉壁結構的顯微觀察,可以初步確定被檢孢粉屬于被子植物還是蕨類植物或裸子植物。

(3)外壁紋飾

孢子花粉的外部紋飾是指在顯微鏡下看到的孢粉外壁上各類花紋,是進一步細分孢粉屬種的重要特征之一。從孢粉外壁紋飾的形成分析,紋飾包括兩類:由突起變化所形成的紋飾稱之為“雕紋”,“雕紋”一般位于復蓋層;由外壁外層分子的排列方式不同而形成的各種紋飾稱“肌理”,“肌理”通常位于外壁外層表面。在顯微鏡下,突出于花粉粒輪廓線之外是“雕紋”,輪廓線反映并不明顯是“肌理”。兩類紋飾最常見的有九種類型:①穴狀紋飾:表面布滿圓形的凹坑,伴有大波浪線形的輪廓線。②網狀紋飾:表面由突起的脊條相連結,構成多邊形或不規則的網脊和網眼,伴有棒狀輪廓線。③棒狀紋飾:表面分布棒狀突起物,棒有上下等粗也有末端膨大的。④刺狀紋飾:表面分布有具尖端的圓錐狀突起物,在輪廓線上呈現明顯的刺狀。⑤條紋狀紋飾:表面呈相互平行的條帶狀突起,伴有細波浪形輪廓線。⑥腦紋狀紋飾:表面短條紋呈腦紋狀的彎曲,伴有低平的波浪形輪廓線。⑦疣狀紋飾:表面呈不規則或規則的塊狀突起,伴有不均勻的波浪形輪廓線,通常疣的寬度大于高度,頂部扁平。⑧瘤狀紋飾:指在孢粉表面分布著許多個半圓形的突起,通常寬度大于高度,有大波浪形的輪廓線,外表面呈瘤狀。⑨顆粒狀紋飾:在外表面分布著顆粒突起或顆粒狀的圖案。對于案件現場嫌疑孢粉的檢驗應分別從孢粉形態特征、孢子花粉壁的構造、紋飾幾個方面進行觀察,得出初步結論后,再通過檢索“孢粉圖鑒”確定植物屬種,為分析案件性質,推斷物證來源提供依據[5]。

(二)地層中植物孢粉的提取方法

地層中植物孢粉的提取,就是將存在于沉積物中的孢粉提取出來,又不破壞孢粉本身的形態和結構,對地層中植物孢粉的提取,最有借鑒價值的是探尋分離混合于地層泥土中的孢粉化石的方法。雖然其研究的對象為古代孢粉,其原理同樣適用于混合在泥土中的現代孢粉分離提取方法的研究。

1.地層中植物孢粉的提取方法

由于孢粉的外壁成份是由一種叫孢粉素的高分子有機化合物組成,孢粉素具有一定的耐酸堿等特性,使孢粉的性質穩定,此特性為研究地層中植物孢粉的提取方法奠定了基礎。

土壤中所含的主要物質一般為:硅質、碳酸鹽類、有機質等成分,例如黃土的主要化學成分為二氧化硅、三氧化二鋁和氧化鈣等?;谕寥辣旧淼倪@些性質,可以選用氫氟酸去除包裹于孢粉表面的硅質,用鹽酸除去碳酸鹽類,使用弱堿去除表面的有機質,使孢粉從雜質中分離出來。另外,孢粉與土壤物質比重的差異也是一條分離孢粉的思路。孢粉的比重一般小于鹽類,所以使用重液可以提取孢粉富集物,使孢粉分離出來。孢粉與混合物的體積差異是孢粉分離方法的第三條思路,可以利用不同孔徑的篩網將孢粉與雜質隔離開來?;谏鲜龅恼J識,筆者認為對司法孢粉有重要參考價值的主要有氫氟酸篩選法、重液浮選法和無酸堿重液浮選法。

重液浮選法:取—定量的樣品,在處理之前加入指示性孢子粉。繼續加入稀鹽酸,攪拌后加水洗至中性,用堿溶液水浴熱處理,除去樣品中的有機質。再加入稀鹽酸處理,水洗后,采用比重液進行浮選,加水使花粉沉淀,收集浮選出的孢粉富集物,對多余的孢粉富集物再使用乙酸醋解法處理。離心樣品后加入甘油,制片鑒定[6]。

氫氟酸篩選法:在處理樣品之前加入指示性花粉。加少許稀鹽酸,檢測樣品是否含碳酸鹽,繼續加稀鹽酸直至與樣品中碳酸鹽充分反應,然后將樣品中鹽酸吸出。加入蒸餾水攪拌使懸浮物沉淀,將溶液吸出。進行氫氟酸的處理,使溶于鹽酸的物質與氫氟酸反應,達到與孢粉分離的目的。將充分反應并沉淀好的樣品溶液倒入碳酸鈉溶液中,中和后排掉,用蒸餾水洗至中性。再加入鹽酸,與樣品中的氟化物一起煮,醋酸酐處理去除纖維素,凈化孢粉。樣品過篩,去掉雜質,制樣鑒定。

無酸堿重液浮選法:取一定量的樣品,加入指示性孢子粉,加蒸餾水浸泡,煮沸直至樣品分散,低轉速離心樣品。用重液浮選,對浮選出的孢粉富集物進行收集,將樣品中富含的纖維素用乙酸醋解法去除,水洗樣品至中性,富集剩余物,加甘油鑒定[7]。

(三)植物孢粉發育期的鑒定方法

植物孢粉發育期的鑒定,是指對孢粉在不同發育階段的形態特征進行鑒別。在植物界,孢粉被用來進行植物的育種。育種過程中,孢粉發育期的鑒定是重要環節,因此,正確選擇適宜發育時期的花粉,關系到育種的成敗。植物孢粉的發育期是與時間相關聯的,特定屬種植物的孢粉發育時段是有一定規律可尋的,這種規律正是偵查破案所必須的。

花粉發育時期主要根據花粉細胞核的數目、位置和花粉形態特征來判斷。具體是采用顯微鏡下制片觀察方法,最常采用的是醋酸洋紅和碘一腆化鉀染色法,將花粉粒放在載玻片上,滴一滴醋酸洋紅,蓋上蓋玻片,再置于顯微鏡下觀察。

1.通過花粉細胞核的數目、位置判斷孢粉發育期

跟蹤觀察花粉發育過程可以掌握孢粉發育規律。在顯微鏡下可以了解到,處于發育最早期的花粉為小抱子囊,它們聚集組成花藥,小抱子囊被稱為花粉的母細胞(小抱子母細胞)。小抱子母細胞經過減數分裂后形成四個單倍體細胞,這四個單倍體細胞開始四個連在一起,觀察到的現象稱為“小抱子四分體”時期。隨著細胞的生長四個單倍體細胞彼此分離,形成四個具有單細胞核的花粉粒,此時細胞體積較小,細胞質濃厚,細胞核在細胞中央的位置,為“單核居中期”。因細胞的繼續生長,體積不斷增大,細胞質中出現液胞并不斷增大,這些增大了的液胞將細胞核由原來居中的位置推向邊緣,這時期稱之為單核靠邊期,顯微鏡觀察到細胞核偏離了中心位置。這一時期也是細胞有絲分裂即將開始的時期,花粉經過有絲分裂后會形成一個生殖細胞和一個營養細胞,這時稱為“雙核期”(或雙細胞花粉粒),花粉發育到二核時期,便可成為成熟花粉粒散發傳粉了[8]。

2.通過花粉形態特征判斷孢粉發育期

在花、花藥和花粉都比較小的形態下,花粉發育為四分體末期和單核初期,這時花粉與花藥結合牢固,花粉不容易從花藥中分離開來;當花、花藥和花粉變得較大時,表征花粉發育至單核中期和單核靠邊期,此時花粉與花藥結合比較松散,花粉容易與花藥相分離并開始散落甚至有些類型的孢粉開始解體。在公安實踐中,若從嫌疑人的身體或與案件有關的物品上尋找到四分體末期和單核初期的花粉粒,這種花粉具有很高的證據價值。若從嫌疑人或嫌疑物上提取到的是單核中期和單核靠邊期花粉,花粉證據價值的高低則要從花粉植物的屬種和花粉量來確定[9]。

二、孢粉研究方法在司法鑒定中的應用價值

《孢粉學》關于植物孢粉檢驗的方法為提取、檢驗、鑒定案件現場的嫌疑孢粉種提供了方法借鑒。許多案件中都存在孢粉物證,如在作案現場、嫌疑人、被害人、遺留物和作案工具上往往可以發現孢粉,這些微小的孢粉具有不易被作案人發現和銷毀的特點。通過借鑒植物孢粉檢驗的方法對這些物證進行檢驗鑒定,可以確定植物孢粉的名稱和它的地理分布、生長季節等,為偵查破案提供有用信息。

(一)為縮小偵查范圍、確定作案地點、查找犯罪嫌疑人提供證據

不同植物生長和分布的規律各不相同(如桉樹只適合在熱帶地區生長,到了寒冷的地區則不容易生存,樟子松是北方低溫地區的樹種到了熱帶地區也很難適應),這也就決定了孢粉分布的規律也不盡相同。在案發地點、嫌疑人、嫌疑物等處分別提取到植物孢粉,經過對它們分別檢驗,明確植物屬種后,通過比較檢驗結論,可對作案地點作出肯定或否定的結論。在刑事案件中,被害人、作案工具、犯罪嫌疑人之間可能發生植物孢粉的物質交換,如現場植物花粉孢子可粘附于嫌疑人或被害人的身上,通過檢驗能查明在嫌疑人處收集到的植物孢粉與現場的孢粉是否一致,不同植物產生的成熟孢粉散布的距離各不相同。水棲被子植物完全生活在水中,并在水中釋放孢粉;自體授粉的植物花粉很少散布到空氣中[10],通過這些類型的植物孢粉有其獨特的形態特征,能充分證明攜帶孢粉的嫌疑人、嫌疑物與這些植物有過親密接觸,從而確定與案件的關系。通過對孢粉發育期鑒定方法的分析得之,任何種類植物孢粉,在四倍體期至單細胞居中期的發育階段,孢粉都是處于被包裹狀態的,處于這個發育時間段的嫌疑孢粉具有很高的證據價值,能夠證明孢粉攜帶者曾經與孢粉母體有過“摩擦接觸”。

(二)為泥土、灰塵中嫌疑孢粉的分離提取提供參考

花粉成熟后大部分落到泥土表面,發生于野外的案件,土表的孢粉經鞋底、車輪碾壓與泥土、灰塵混合后被轉移。經歷過這種遭遇的植物孢粉與直接粘附于人身體或其它客體表面的孢粉不同,其外表被泥土、灰塵或其它雜質包裹,在顯微鏡下很難直接觀察到它們的本來面目,加上孢粉微小,其直徑一般都小于雜質,所以必須分離表面雜質后才能進行觀察檢驗。

可以采用《孢粉學》中關于地層孢粉提取方法的思路,對附著于孢粉表面的雜質、泥土、灰塵進行成分分析,根據分析得出的成分性質選擇適當的分離方法。如果表面為易溶解于水的物質可使用無酸堿的物理篩選方法,若表面為難溶的物質可利用孢粉耐酸堿腐蝕的條件,選擇化學性質相對應的試劑進行化學篩選,使孢粉表清潔,達到形態檢驗的要求。

(三)為分析案發時間提供依據

植物的生長發育有一定的“規律性”,植物學中稱之為“物候期”,“物候期”表征著植物的開花、自然傳播花粉的特定期間。如果通過檢驗確定嫌疑人攜帶的是成熟植物孢粉,植物這種特定“規律性”可以指示涉嫌孢粉產生的時間段,從而推定作案的時段;如果檢驗出是屬于未成熟的植物孢粉,由于孢粉會因脫離母體而終止發育生長而固定發育特定時段的形態,因此可通過確定植物孢粉所處的發育階段揭示案發時間。

三、結語

通過對孢粉形態檢驗方法及在司法鑒定中的應用價值研究分析發現,植物孢粉具有穩定性、隱蔽性和吸附性,具備了作為物證的基本條件;另外孢粉所具有較穩定的遺傳性符合對孢粉物證進行屬種同一認定的條件。通過孢粉形態檢驗確定植物屬性的方法在孢粉學和植物學領域已經發展得相當成熟,隨著孢粉研究和儀器設備發展的不斷進步,這方面的工作將會變得越來越方便。給司法孢粉物證檢驗鑒定方法的研究奠定了基礎。

由于傳統的偵查手段已經被人們所熟悉,在案件現場越來越難提取到傳統物證,這是司法鑒定范圍內所面臨的問題。植物孢粉作為微量物證的一種,由于其極其微?。ㄖ睆皆?00微米以下)肉眼很難看見,作案人很容易從現場帶走或留下孢粉。因此,加強對孢學專業知識的了解與學習,開展司法孢粉物證鑒定方法的研究,將孢粉學、植物學相關知識與刑事技術的基本原理相融合,研究分析植物孢粉的司法檢驗方法,對于提高孢粉物證的利用率顯得很有必要。

[1]趙永峰,楊瑞琴.孢粉在刑事偵察中的運用[J].中國人民公安大學學報(自然科學版),2008,(1):10-13.

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TheApplicationofPlant Pollen Research Method in JudicialExamination

ZHUHong-hui
(Nanjing Forest Police College,Nanjing,210023,Jiangsu)

Plant pollen normally includes both spores and pollen.As part of Palynology,plant pollen is widely distributed in our nature and closely associated with all human activities.So we can easily link and utilize it with all types of litigation activities as valuable evidences.However,the utilization of plant pollen is extremely low in the actual case.Lack of awareness and insufficient study or research on plant pollen has resulted in low attention in its use.In this article,we analyze the test method of plant pollen’s form,the structure and ornamentation of pollen wall inspection,the extraction of plant pollen in the stratum.Meanwhile, we also discuss the importance of plant pollen research method in judicial examination,expecting to provide references for the establishment of judicial identification from plant pollen inspection.

plant spores;pollen;judicial examination;application

D918.9

A

2095-1140(2014)06-0089-06

2014-10-15

江蘇省教育廳資助項目(2013JSJG201)

朱紅慧(1961-),女,江蘇射陽人,南京森林警察學院實驗師,主要從事痕跡檢驗研究。

(責任編輯:左小絢)

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