準確的植物品種編目對植物學研究及教學至關重要。然而,實物編目的缺點在於大部分人無法輕易取得標本。雖然現時有不少電子資料庫可供搜尋標本,但2D圖像未能完全呈現種子的結構。
香港中文大學(中大)生命科學學院胡秀英植物標本館館長劉大偉博士帶領的團隊,建立了一個創新的3D植物果實種子資料庫來解決這個問題。它採用數碼攝影測量法對標本進行編目,即是為每顆種子拍攝不同角度的2D 圖像,再用3D模型呈現植物標本果實及種子的真實立體結構、大小和顏色。用家可隨時隨地在資料庫上將種子模型 360° 旋轉及放大,觀察種子最細微的結構。數據庫用途廣泛,從植物鑑定到保育都大派用場。有關3D種子庫的建構過程及詳情已發表於科學期刊《PLOS One》。
劉博士表示︰「這個項目展示了在植物研究中應用先進技術的可行性。即使種子標本的直徑只有 3 毫米,用家也可輕鬆地將種子影像放大50至100倍,並從不同角度進行觀察,猶如把實物放在手中。」
劉大偉博士於中大取得碩士及博士學位,專攻中藥鑑定及藥理學。他在國際著名植物學家胡秀英教授的鼓勵下,投身植物分類學,特別是植物鑑定,並於 2013 年加入胡秀英植物標本館。
這個採用數碼攝影測量方法的3D虛擬資料庫構思,源自劉博士在2017年的一趟韓國之旅。他到訪其中一個旅遊景點,內裡放置了一個有逾百部相機的房間,從不同角度拍攝旅客,然後將影像製成3D模型。劉博士當刻驚覺3D科技如此普及,卻未有廣泛應用於植物學,驅使劉博士建立全球首個3D種子資料庫。
「起初,我們幾乎研究了所有的影像掃描方法,甚至買了一些現成儀器做試驗。後來,我們又嘗試以不同相機配搭不同鏡頭,最終找到一個最佳組合,可以用於拍攝由3毫米至30厘米不同尺寸實物的影像。這是我們這個資料庫的獨特之處,因為若使用其他技術,最小尺寸只能拍到 3 厘米的標本。」
劉博士及其研究團隊,包括論文第一作者及中大胡秀英植物標本館研究員王顥霖先生、教育經理王天行先生,以及研究員陳耀文先生及鄭一心先生,花了兩年時間建立資料庫,目前已為300多種植物建立3D模型,其中200多種為香港本地原生植物。每個植物標本需時1.5至2天拍攝90至100張相片來建立3D影像。所有標本將永久保存於胡秀英植物標本館,供全球學者使用。有需要時,他們亦可用於進行標本比對。
劉博士說︰「這個虛擬植物標本館讓公眾、教師和學生等用家可隨時登入網站觀看標本,而不用將實物帶到他們眼前,這種做法不但可節省植物資源,更毋須費時收集多個樣本用於教學。」
劉博士認為,處理結構半透明、全透明、微細毛髮狀、刺狀及很薄的標本是研究過程中最具挑戰性的一環,因為這些結構有時難以用3D形態展示出來,團隊正研究解決方法。
時間及金錢是另一挑戰,因為採集、處理及掃描標本都需要大量人力。劉博士估計,日後若將本地近2,000種原生植物加入資料庫,整個項目至少需時10年。
劉博士表示︰「現時3D資料庫涵蓋的標本,有部分屬於《中國藥典》認可的重要藥用物種,部分物種則有利於種植和重新造林,我們相信資料庫將有助本地植物的鑑定。另外,我們已對外公布3D模型的建構過程,希望為有意建立3D資料庫的海內外植物學專家及標本館提供參考藍本,一同為構建全球植物資料庫出一分力。」
如欲觀看資料庫的3D模型,請登入此網站。