第一章法医植物科学导论
　　由于电视节目等媒体的影响，犯罪相关的“法医”一词已被公众所熟知。法医科学涉及两个方面：一是理论层面，主要是专业院校的法医科学俱乐部举办的辩论及演讲。但就实际工作而言，法医科学广泛涉及法律有关的事务。因此，法医植物科学的定义是植物证据在法律问题上的应用。有趣的是，目前对法医科学的争论还在继续，并有愈演愈烈之势。
　　我们写这本书的目的是阐述几个过去很少受到关注，但在法医科学中可能特别有用的植物学研究领域，包括植物解剖学（第四章）、植物分类学（第六章）、植物生态学（第八章）及种子植物（如有花植物和针叶树）。本书的研究、教学和案例都集中在这些领域。此外，植物遗传分析的*新进展为基于植物DNA的法医学应用带来了新的手段（第三章）。*后，硅藻和花粉（雄性生殖细胞）以及孢子的检验也成为法医学检验的工具（第十章）。
　　虽然我们主要研究命案，但植物科学在强奸、入室盗窃及其他犯罪活动的法医分析中也十分有用，我们将在后面的章节中描述。例如，可以通过分析胃肠道内容物的植物细胞种类来帮助确定死亡时间；木材的识别与比较可以帮助确定嫌疑人；鞋底（图1.1）、衣服及附着在车辆上的植物碎片，可以将嫌疑人或受害者与特定地点联系起来；植被分析可以帮助确定尸体的位置或隐秘墓穴；硅藻不仅可以用来验证受害者是否溺水，也可以用来描述地域特征；不同种类的花粉可以帮助确定受害者被害的时间和地点，并将嫌疑人与犯罪现场联系起来。
　　在接下来的章节中，我们将为法医学家、犯罪调查人员和法医学专业的学生介绍如何使用植物学的相关知识进行工作，如何上庭质证，以及如何降低成本。我们希望致力于实践应用的植物学家和学生能因此书而在日后的法医检验工作中受益。首先，我们简述植物科学以及法医植物学。
　　1植物科学简介
　　植物科学是生物学中研究植物的一个分支。关于什么生物应该被称为植物，人们还没有达成共识。在本节中，我们将主要讨论种子植物，大部分的种子植物能进行光合作用。在过去的几十年里，植物科学（plant science）比它的前身植物学（botany）更加容易被人所接受。植物科学已成为公认的用于植物研究的术语。随之而来的便是植物学这一名词出现得越来越少。也许，植物学家这一称谓会让人联想起采摘植物的人，那些研究植物的生物学家和生化学家在被称为植物学家而不是植物科学家时，会感到自己的地位降低了。植物泛指一大类生物体，从单细胞个体到大型生物体，包括：藻类、苔藓、蕨类、裸子植物及开花植物或被子植物。种子植物仅指能产生种子的裸子及被子植物。我们重点介绍陆地景观生态中占优势地位的种子植物，以及其他具有法医实践意义的生物群体。
　　1.1种子植物
　　众所周知，种子植物有三个器官：根、茎、叶（图1.2）。这些器官比脊椎动物（相对于棘皮动物、软体动物、扁形动物、环节动物、腔肠动物等无脊椎动物而言）的结构更简单。花是被子植物中由植物叶演变而来的生殖结构。花的一部分会发育成一到多枚的果实。在结构上，裸子植物和被子植物的茎和根之间有许多相似之处。针叶树的生殖结构称为球果。
　　就法医工作而言，我们仅能通过植物解剖学的手段来处理植物样本。通过植物分类学（鉴定种属）和植物生态学（植物相互作用）来解决法医问题。当处理完整植物的器官时还要考虑植物生理学和植物地理学等其他因素。研究植物形态的科学称为植物形态学。植物形态学与动物学家所说的“解剖学”含义相同。关于此领域的详细信息可以查阅相关文献获得（如：Mauseth，2012;Raven et al.，2012）。
　　1.2种子植物细胞
　　植物解剖学在凶杀案调查中的成功运用是基于对食源性植物细胞结构的了解（大部分是被子植物）。和动物细胞一样，植物细胞的活性物质——原生质体被细胞膜包裹着。植物细胞原生质体（protoplast）内包含细胞核（nucleus）、线粒体（mitochondria）、高尔基体（golgi apparatus）和核糖体（ribosomes）等细胞器，以及植物细胞特有的叶绿体和液泡。液泡是原生质体内由特异的液泡膜包裹形成的（Marty，1999）（如图1.3所示）。
　　液泡具有多种功能，在活细胞中，它们是维持细胞膨胀、储存和交换光合作用产物重要的细胞器。其他代谢副产物如晶体（crystals）被保存在液泡内，因为如果副产物与原生质体直接接触，会干扰细胞正常的代谢活动。
　　1.2.1植物的特有成分： 纤维素和细胞壁
　　鉴别人体消化道中食源性植物种类时，需要了解这些植物细胞的形状、大小以及它们是如何出现在消化系统中。和许多非种子植物的细胞一样，种子植物的细胞被细胞膜外坚韧的细胞壁包裹着，而非动物细胞的细胞膜那样直接裸露在外。
　　下文基于种子植物进行阐述。
　　当植物细胞分裂并形成两个新细胞时，第一层形成于细胞膜的外部，被称为胞间层（图1.3）。这是在细胞分裂时形成的，并将分裂的细胞连接在一起。它的主要化学成分是果胶（pectin）、多聚糖（polysaccharide）及其他成分，用于提供黏合植物细胞的黏合剂。
　　第二层细胞壁称为初生细胞壁，在胞间层的内部形成（图1.3）。它的主要成分是纤维素（cellulose）及一种复聚糖（C6H10O5）n（图1.4）。因此，纤维素是以独*方式将葡萄糖单元连接在一起，这种方式使纤维素非常耐分解。
　　成千上万的纤维素分子串联起来，形成细链或微纤维（图1.5）。这些微纤维以篮子编织的形式相互缠绕。其他分子附着在纤维素链上，增加细胞壁的强度。初生纤维素细胞壁像胞间层一样，保留了一定的活性，它的多孔特性允许在细胞间进行物质交换。这时，新生细胞可以扩展。
　　一旦初生细胞壁完成扩展，其大小和形状将不再发生变化。形成初生细胞壁的植物细胞可以继续分化为特殊功能的细胞。只有胞间层和初生细胞壁的细胞称为薄壁细胞（parenchymal cells）。它们构成了植物体的大部分结构。薄壁细胞具有多种功能，包括光合作用（photosynthesis）、转运（transport）和储存光合产物，同时，它们也参与土壤与植物体之间水和矿物质的交换。一些薄壁细胞分化成功能细胞，如有超厚细胞壁并柔韧的厚角细胞。芹菜丝就是由厚角细胞组成的（参见第四章）。
　　一旦细胞停止增大，就会形成次生细胞壁（secondary cell wall）。次生细胞壁在初生细胞壁内部形成。部分植物的次生细胞壁主要由纤维素形成，分散在纤维素微纤维中的木质素分子会增加次生细胞壁的强度。次生细胞壁的细胞通常在成熟后死亡，增加植物的强度和硬度。次生细胞壁木质化的细胞称为厚壁组织。
　　纤维素在包括冷冻、干燥、蒸煮以及烘干等大多数条件下都能保持其形状和大小。这就意味着植物细胞可能在不同烹饪方式下保持其独*的形状。但是剧烈地研磨或焚烧会破坏纤维素细胞壁。
　　由于纤维素是由独*的葡萄糖聚合结构组成的，使得人类和大多数动物无法在体内消化纤维素。然而，某些微生物可以消化纤维素，其中包括在白蚁肠道和反刍动物如牛的瘤胃中发现的微生物。人体消化系统无法消化多数植物细胞的细胞壁，因而植物细胞可以保持原有形状和大小。但食源性植物的细胞壁是多孔结构，消化酶可以进入原生质体内部消化细胞内容物。虽然人类学家很早就通过鉴定古代人类胃肠道化石中和粪便内容物的植物细胞，重建了古代人类的饮食特征。但直到二十世纪后半叶，胃内容物和粪便中植物样本的鉴定才被用于刑事案件的侦破工作（见第五章）。
　　纤维素有助于人体“高纤维饮食”的构建。木材主要由纤维素组成，纸张和硬纸板也是如此。虽然我们通常不食用木材以及木制品，但一些所谓的“高纤维”食品的纤维素含量已经被不法商贩通过添加木屑人为提高了，因此有时会在人体内发现木屑成分。人类无法消化纤维素，因此在饮食中添加木屑以减少热量摄入的做法不建议使用。然而在食品加工中，木屑会被添加到一些预先包装的奶酪碎块中，以防止奶酪粘连。

目录
第一章 法医植物科学导论 1
1 植物科学简介 2
1.1 种子植物 2
1.2 种子植物细胞 3
2 早期植物科学历史 7
2.1 植物药理及毒理学 7
3 植物中毒 8
3.1 几种植物来源的有毒物质 8
4 植物来源的非法物质 18
5 20 世纪的法医植物科学 20
6 我们的法医植物科学之路 21
参考文献 22
第二章 法医植物科学证据在司法实践中的适用性 24
1 美国法医科学现状 24
1.1 公众认知问题:“犯罪现场调查效应” 25
1.2 现代法医科学问题 25
2 法庭裁决中的科学证据和专家意见 26
2.1 衡量数据有效性的标准是什么? 30
2.2 客观的法医分析至关重要 30
2.3 可重复性(Repeatability) 31
2.4 法医界该如何回应? 32
3 Daubert规则与法医植物学的联系 33
参考文献 33
第三章 法医植物科学证据的来源 36
1 植物解剖学 36
2 植物分类学 39
2.1 双名法 39
2.2 分类学证据的收集方法 40
3 植物生态学 41
4 遗传分析:脱氧核糖核酸的应用 43
4.1 核DNA 43
4.2 细胞核外DNA 45
4.3 法医DNA分析 46
4.4 DNA条形码技术 49
4.5 植物DNA的应用前景 49
参考文献 50
第四章 法医植物解剖学 54
1 植物学常识 54
1.1 植物种类 54
1.2 开花植物细胞类型 57
1.3 果实与种子 67
1.4 木材 67
2 人体消化系统 70
2.1 人体消化和消化系统概述 70
2.2 胃排空实验 72
2.3 常见食源性植物 78
3 植物细胞及人死亡时间认定 78
4 消化道物质的收集和取样方法 79
4.1 样本采集 79
5 利用植物解剖学处理法医样本 80
5.1 胃肠道样本的处理 80
5.2 鉴定已知植物的准备工作 80
5.3 已知胃肠道内容物中植物的鉴定和参考文献 83
5.4 粪便样本的处理 84
5.5 衣物上粪便或呕吐物的处理 84
6 统计学在消化道内容物评估中的作用 85
7 小结 86
参考文献 86
第五章 使用植物解剖学证据的案例 89
1 死亡时间认定与法医植物解剖 89
1.1 男友没有杀人(The Boyfriend Didn’t Do It) 89
1.2 黑寡妇案(The Black Widow Case) 90
1.3 里兹 波顿披萨(Lizzie Borden Style Pizza) 92
1.4 小天使之死(Death of a Tiny Beauty Queen) 92
1.5 机构配餐可以帮助确定死亡时间 93
1.6 虐待狂丈夫之死(Abusive Husband Gets the Axe) 93
1.7 识别食源性植物(Sometimes PlantDerived Food Can Be Identified) 94
2 法医植物解剖与隐秘墓穴 95
2.1 雪儿 埃尔德案:追根究底 95
3 涉及粪便物质的案件 96
3.1 涉及“粪便印迹”的奸杀案(A RapeHomicide Case Involving“Poo Prints”) 96
3.2 教堂“救济箱”抢劫案(The Church“Poor Box”Robbery) 98
3.3 虐童指控(A Charge of Child Abuse) 98
3.4 利用粪便中植物来源分析并迫使嫌疑人认罪 99
参考文献 99
第六章 法医植物分类学 101
1 植物分类学研究 101
1.1 分类学野外工作准备 102
1.2 样本采集 102
1.3 植物鉴定 103
1.4 识别的权限 104
1.5 忠告 106
参考文献 107
第七章 植物分类学案例 109
1 含有“兴奋类”物质的植物 109
2 有毒的信件 109
3 没有什么比在高尔夫球场开车更爽的了 110
4 苔藓不是草 110
5 燃烧的尸体 111
6 莫名其妙的想法 112
第八章 植物生态学 113
1 法医生态学概述 114
1.1 生态景观 115
1.2 陆地生态 118
1.3 水生环境 120
2 法医植物生态学调查的可用资源 120
2.1 生态学证据的收集、保存和鉴定 121
2.2 生态资源 122
2.3 化学分析 123
3 植物生态学家的来源 123
参考文献 125
第九章 法医植物生态学案例 127
1 利用植物碎片将嫌疑人与犯罪现场联系起来 127
1.1 受虐母亲之死 128
1.2 绑架及性侵女大学生案 129
1.3 她的车从未到过山里 129
2 利用法医植物生态学寻找隐秘墓穴 131
2.1 Michelle Wallace 案:云杉针叶是定位的关键 131
3 法医植物生态学的其他用途 132
3.1 连根拔起的植物有助于时间的判定 132
3.2 物候指标:佛罗里达州中部的植物分布 133
3.3 案件审理中:公开调查 134
参考文献 134
第十章 法医植物科学的其他方法 135
1 孢粉学 135
1.1 花粉的生物学特性 136
1.2 法医孢粉学 139
1.3 花粉样品的采集与处理 144
1.4 花粉鉴定 145
1.5 涉及法医孢粉学的案例 145
2 硅藻 147
2.1 水体中硅藻样本的收集和制备 150
2.2 法医硅藻学的相关案例 150
参考文献 151
第十一章 总结与展望 154
1 法医植物科学方法概述 154
1.1 植物解剖学 155
1.2 植物分类学 155
1.3 植物生态学 160
2 如何成为法医植物学家 161
2.1 科学和植物学培训 161
2.2 参与专业法医组织 161
2.3 法医分析中团队合作的重要性 161
3 法医植物学的法庭实践 162
3.1 出庭作证前的准备工作 164
3.2 庭审过程 164
3.3 阻碍植物科学家参与司法调查的因素 165
4 21 世纪的法医植物学 167
4.1 科学守则:法医工作者的职业准则 168
4.2 美国国家科学院建议 168
5 将法医植物学作为法医学和植物学的一个分支 170
5.1 建立法医植物科学组织的必要性 171
参考文献 172
附录Ⅰ 解剖分析所需的材料 174
附录Ⅱ 用于复合光学显微镜镜检胃肠道标本或新鲜/冷冻/煮熟的食品
样品的载玻片制备技术 177
1.胃肠道样本的制备程序 177
2.镜检片的制备程序 177
3.制备永久玻片的程序 178
3.1 准备永久玻片 179
4.观察前对植物材料进行染色 180
5.对新制备的切片进行染色及将新鲜玻片制作成永久切片 181
6.用复合显微镜检查载玻片 181
7.用双目解剖显微镜检查材料 182
附录Ⅲ 使用显微镜精确测量 183
附录Ⅳ 制备植物细胞显微镜检查用的溶液组成 185
1.复方碘溶液(鲁氏碘液) 185
2.番红O溶液 185
3.甲苯胺蓝溶液 185
4.乙醇溶液 186
5.清洁剂 186
6.福尔马林溶液 186
附录Ⅴ 粪便和呕吐物检验方法 188
1.粪便 188
2.呕吐物 188
附录Ⅵ 用显微镜检查浸渍木材样品 189
附录Ⅶ 植物名录 191
主题词表 194
方言名表 202
科学名表 206