焦立超 陸 楊 郭 雨 殷亞方

（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材標(biāo)本館 國(guó)家林業(yè)和草原局木材標(biāo)本資源庫(kù)CITES全球野生動(dòng)植物鑒定實(shí)驗(yàn)室 北京 100091）

木材作為人類(lèi)最早使用的天然材料之一，因獲取方式簡(jiǎn)單、資源豐富、用途多樣等優(yōu)點(diǎn)，從史前時(shí)代至今一直被廣泛用于社會(huì)生活的諸多方面，幾乎貫穿整個(gè)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展歷史（Sandstr?met al.，2002；Walsh-Korbet al.，2019；王樹(shù)芝，2017；趙廣杰，2021；Luet al.，2023）。木質(zhì)遺存是人類(lèi)文化遺產(chǎn)的重要載體，蘊(yùn)含著豐富的歷史文化和生態(tài)價(jià)值，隨著考古發(fā)現(xiàn)的日益豐富和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)木質(zhì)遺存的保護(hù)、修復(fù)和研究更加迫切，通過(guò)包括木材學(xué)、測(cè)年技術(shù)、分子生物學(xué)等在內(nèi)的木材考古學(xué)方法手段研究木質(zhì)遺存蘊(yùn)含的自然和社會(huì)屬性，可為木質(zhì)文物的歷史信息挖掘、修復(fù)和保存提供科學(xué)依據(jù)。

分子考古學(xué)（molecular archaeology）是一門(mén)新興的交叉學(xué)科，主要針對(duì)古DNA分子開(kāi)展研究，是目前考古學(xué)的熱門(mén)方向。分子考古學(xué)的理論基礎(chǔ)是分子系統(tǒng)學(xué)（molecular phylogenetics）和群體遺傳學(xué)（population genetics）。最早關(guān)于木材分子考古的研究可追溯至20世紀(jì)90年代（Dumolin-Lapègueet al.，1999），采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)從14世紀(jì)的水壩櫟木（Quercus）木樁中成功獲取長(zhǎng)度為290 bp的葉綠體非編碼區(qū)DNA片段。近年來(lái)，隨著古DNA捕獲和測(cè)序分析技術(shù)的快速發(fā)展，木材古DNA研究逐步取得長(zhǎng)足進(jìn)展，采用分子生物學(xué)手段已分別從木結(jié)構(gòu)古建筑承重構(gòu)件（Jiaoet al.，2022）、飽水考古櫟屬木材（Wagneret al.，2018）甚至亞化石木（Lendvayet al.，2018）中成功獲取微量且高度降解的古DNA信息。本文梳理國(guó)內(nèi)外木材分子考古研究的主要進(jìn)展，總結(jié)該領(lǐng)域的需求和難點(diǎn)，并提出優(yōu)先發(fā)展方向，以進(jìn)一步加強(qiáng)木材分子考古等多學(xué)科交叉研究，推動(dòng)新理論、新方法、新技術(shù)在木材學(xué)和考古學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，為木質(zhì)文物修復(fù)、保護(hù)與保存，深入理解先民認(rèn)知與利用森林資源方式以及復(fù)原歷史時(shí)期地域性森林植被類(lèi)型和物種多樣性提供科學(xué)依據(jù)。

1 木材分子考古研究發(fā)展概述

古DNA是木材分子考古研究的核心，其利用現(xiàn)代分子生物學(xué)手段提取和分析保存在木質(zhì)遺存中的古DNA分子，以解決考古學(xué)問(wèn)題。

古DNA指從生物遺骸或環(huán)境中獲取的古代生物遺傳物質(zhì)（Higuchiet al.，1984；P??bo，1989；Kistleret al.，2020；Jiaoet al.，2022），作為重要的遺傳信息載體，其從分子水平記錄著生物的進(jìn)化、遷移及其對(duì)環(huán)境和氣候變化的響應(yīng)。隨著以第二代DNA測(cè)序技術(shù)為基礎(chǔ)（Rasmussenet al.，2010）并結(jié)合古DNA提取與富集方法的建立和發(fā)展，分子考古研究已由成功提取古DNA片段為起點(diǎn)進(jìn)入古基因組分析時(shí)代（R?mpleret al.，2006；Kistleret al.，2020），通過(guò)分子考古研究有望突破時(shí)間和空間尺度局限，為解決生物進(jìn)化歷史、滅絕物種和現(xiàn)存物種進(jìn)化關(guān)系、古環(huán)境中生物主要組成等重建問(wèn)題，以及深入探究物種遷徙、入侵和滅絕等內(nèi)在原因提供科學(xué)途徑和技術(shù)手段（Hofreiteret al.，2015）。

迄今為止，全球分子考古研究多集中于人類(lèi)和動(dòng)物物種。1984年，《Science》期刊首次報(bào)道從滅絕的斑驢（Quagga）標(biāo)本中成功提取長(zhǎng)度為229 bp的線粒體DNA片段（Higuchiet al.，1984），標(biāo)志著分子考古研究序幕的開(kāi)啟。植物分子考古研究始于1985年，從保存500～44 600年前的葉片、種子和胚芽等材料中成功獲取了DNA（Rogerset al.，1985）。當(dāng)前，植物分子考古研究主要涉及小麥（Triticum aestivum）（Wuet al.，2019）、玉米（Zea mays）（Liaet al.，2007）、稻（Oryza sativa）（Castilloet al.，2016）等古作物遺存，為植物起源與演化、農(nóng)作物馴化等提供了重要科學(xué)參考。木材（樹(shù)木木質(zhì)部）作為一種重要的植物組織類(lèi)型，盡管與森林植被演變和人類(lèi)文明發(fā)展密切相關(guān)，但與其他植物組織樣本相比，木材分子考古研究仍較缺乏。20世紀(jì)90年代，研究人員采用PCR技術(shù)從櫟木中獲取葉綠體DNA片段（Dumolin-Lapègueet al.，1999），開(kāi)啟了木材古DNA研究（圖1）。在隨后迅速發(fā)展的高通量測(cè)序技術(shù)背景下，科研人員從保存時(shí)間跨度550年至13 000年的櫟屬飽水考古木材以及亞化石材料中成功獲得木材內(nèi)源DNA信息，并評(píng)估了影響木材細(xì)胞古DNA保存的關(guān)鍵環(huán)境因素（Lendvayet al.，2018；Wagneret al.，2018）。Jiao等（2022）將古DNA液相雜交捕獲技術(shù)應(yīng)用于故宮古建筑楠屬（Phoebe）木材，成功獲得了高質(zhì)量質(zhì)體DNA基因組。開(kāi)展木材分子考古研究，為進(jìn)一步揭示古代人類(lèi)生活方式和社會(huì)文化發(fā)展提供了新的途徑。

圖1 木材相關(guān)分子考古研究的主要時(shí)間線（1999—2022年）Fig. 1 Main timeline for molecular archaeological research for ancient woods (1999—2022)

2 木材古DNA保存和降解

生物細(xì)胞死亡后，水解、氧化和微生物作用將直接造成DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)主鏈斷裂和分子降解（Camposet al.，2012；Kapustaet al.，2017）。古DNA保存時(shí)間的限制由其降解速率決定，降解速率主要取決于考古材料自身?xiàng)l件和保存環(huán)境（Parducciet al.，2005；2017）。

起源于樹(shù)木形成層的木質(zhì)部主要由木纖維、管胞、導(dǎo)管分子和薄壁細(xì)胞等不同類(lèi)型細(xì)胞構(gòu)成。在樹(shù)木心材形成過(guò)程中，管胞、導(dǎo)管分子等軸向管狀細(xì)胞的細(xì)胞壁和原生質(zhì)體發(fā)生明顯變化，細(xì)胞器也隨之消失（Nakabaet al.，2011）；而具有養(yǎng)分存儲(chǔ)和徑向輸導(dǎo)功能的射線薄壁細(xì)胞可能保持?jǐn)?shù)十年甚至上百年的生命活力（Morris，2016）。盡管在木質(zhì)部形成尤其是細(xì)胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）階段，細(xì)胞核及其他各種細(xì)胞器開(kāi)始降解，DNA也逐漸被釋放的核酸酶分解，但仍會(huì)有少量質(zhì)體等細(xì)胞器甚至片段化的DNA最終附著在細(xì)胞壁上，同時(shí)木質(zhì)化的細(xì)胞壁形成的封閉微空間也可能為DNA的長(zhǎng)期保存提供良好環(huán)境（Gugerliet al.，2005），然而在時(shí)間和空間維度的共同作用下，考古木材內(nèi)源古DNA普遍發(fā)生降解、損傷等顯著變化。

對(duì)古代樣本中殘存DNA分子的研究表明，DNA降解并非線性過(guò)程，且損傷速度不與時(shí)間呈正比關(guān)系，在生物死亡后的早期，因核酸內(nèi)切酶的活性致使DNA發(fā)生迅速降解；核酸內(nèi)切酶活性喪失后，DNA降解速率變慢并保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)（Yang，1997）。古DNA的存在狀態(tài)與溫度、氧含量、濕度、pH和腐殖酸含量等保存條件有關(guān)（盛桂蓮等，2016；Kistleret al.，2017）。古DNA分子發(fā)生化學(xué)損傷時(shí)，主要表現(xiàn)為含氮堿基脫氨基、脫嘌呤以及脫嘧啶等（表1），尤其是DNA鏈5′端C→T錯(cuò)配和3′端G→A的互補(bǔ)，這一變化特征已成為檢驗(yàn)所獲取古DNA真實(shí)性的重要標(biāo)準(zhǔn)之一（Willerslevet al.，2005；楊周岐等，2006；Briggset al.，2007；Skoglundet al.，2014）。研究表明，從存儲(chǔ)時(shí)間超過(guò)600年的古建筑楠木構(gòu)件樣本中獲取的古DNA片段 3′端G→A損傷率為1.5%～5.7%，5′端C→T損傷率為0.3%～2.4%（Jiaoet al., 2022）；而存儲(chǔ)時(shí)間8 000年的出土飽水櫟屬木材古DNA片段 3′端G→A和5′端C→T損傷率均超過(guò)30%（Wagneret al.，2018）。因此，古DNA末端存在的化學(xué)損傷行為成為限制序列信息準(zhǔn)確提取的關(guān)鍵因素。

表1 古DNA損傷主要類(lèi)型（Hofreiter et al.，2012；Orlando et al., 2021）Tab. 1 Main types of ancient DNA damage

3 木材古DNA獲取

木材古DNA具有降解、損傷和易污染等特性，構(gòu)建有針對(duì)性的古DNA提取方法尤為關(guān)鍵。考古木材DNA提取方法主要包括樣品前處理（外源污染去除）、提取純化、文庫(kù)制備和基因捕獲（圖2）等步驟。

圖2 考古木材DNA獲取流程（修改自Jiao et al., 2022）Fig. 2 The process of archaeological wood DNA acquisition (modified from Jiao et al., 2022)

3.1 外源DNA污染去除

考古木材與古人類(lèi)骨骼等遺存類(lèi)似，在樣本現(xiàn)場(chǎng)發(fā)掘與采集、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、實(shí)驗(yàn)室提取與分析階段極易受現(xiàn)代外源DNA的污染（Sampietroet al.，2006；Pilliet al.，2013）；而且，在長(zhǎng)期存儲(chǔ)過(guò)程中樣本表層甚至內(nèi)部多會(huì)發(fā)生微生物侵染。因此，在外源污染控制方面，最直接的途徑是在樣本預(yù)處理階段對(duì)考古木材中的微生物和現(xiàn)代DNA進(jìn)行去除，樣本表面組織去除、次氯酸鈉處理、紫外照射等是去除外源污染的常用有效方法。根據(jù)樣本實(shí)際尺寸通常將表面組織切除1～3 mm，以消除表面殘存的微生物甚至現(xiàn)代DNA污染。研究表明，木材樣本經(jīng)0.5%次氯酸鈉浸泡處理后外源污染可有效去除，但該方法也同時(shí)易造成內(nèi)源DNA的損失（Malmstr?met al.，2007；Korlevi?et al.，2015）。相比單一處理方法，通過(guò)表面去除、次氯酸鈉處理和紫外照射3種方法的有效結(jié)合，更有助于提升外源污染的去除效果（Lendvayet al.，2018）?？傮w來(lái)說(shuō)，在木材樣本采集和處理過(guò)程中應(yīng)通過(guò)制定并執(zhí)行嚴(yán)格的古DNA試驗(yàn)操作規(guī)程，將外源DNA干擾因素降至最低（Hofreiteret al.，2012；Marx，2017），這對(duì)古DNA研究極為關(guān)鍵。

3.2 木材古DNA提取與純化

考古木材DNA提取方法的發(fā)展是建立在植物DNA常規(guī)提取方法基礎(chǔ)上，并通過(guò)技術(shù)參數(shù)改進(jìn)優(yōu)化逐步形成的。目前，常見(jiàn)的古DNA提取方法主要包括十二烷基硫酸鈉（SDS）法、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）法、硅離心柱法和磁珠法等。利用含十二烷基硫酸鈉（SDS）、蛋白酶K和二硫蘇糖醇（DTT）的DNA裂解方法，從取自湖泊或海洋的亞化石木中可成功獲取木材內(nèi)源古DNA（Waleset al.，2014；Wagneret al.，2018）；向十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）裂解液中加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），可顯著提升木材化石中古DNA提取效率（Gómez-Zeledónet al.，2017；Sobiehet al.，2020）；基于硅離心柱或磁珠的商用DNA試劑盒優(yōu)化提取方法，也被證實(shí)可有效提取亞化石木、飽水木材和古建筑木構(gòu)件等樣本的DNA（Lendvayet al.，2018；Akhmetzyanovet al.，2020）。

此外，與現(xiàn)代健康木材相比，因受環(huán)境和生物因子影響，考古木材細(xì)胞壁化學(xué)成分會(huì)發(fā)生改變，其熱水抽提物和1%NaOH抽提物相對(duì)含量均顯著提高，這些抽提物包含較多的多糖、多酚等成分（Gaoet al.，2014；袁誠(chéng)等，2019），嚴(yán)重影響其DNA的有效提取。同時(shí)，在古DNA抽提過(guò)程中常有腐殖酸、無(wú)機(jī)沉積物或微生物代謝產(chǎn)物等成分也一并被提取出來(lái)，直接抑制下游反應(yīng)。因此，考古木材樣本粗提液通常需要進(jìn)一步純化，以獲得較高質(zhì)量的內(nèi)源古DNA。目前DNA純化方法主要包括溶劑萃取法和二氧化硅吸附法，溶劑萃取法即采用苯酚、氯仿、異戊醇等有機(jī)溶劑萃取抽提液中的多酚、蛋白質(zhì)以及脂類(lèi)等有機(jī)代謝產(chǎn)物后，通過(guò)超濾離心管對(duì)古DNA進(jìn)行進(jìn)一步濃縮純化（Calvignacet al.，2008；Fuet al.，2014；Wagneret al.，2018；Kistleret al.，2020）；二氧化硅吸附法則基于二氧化硅顆粒吸附核酸原理，將裂解液中古DNA與經(jīng)修飾的二氧化硅磁珠表面高效結(jié)合，通過(guò)洗脫即可獲得高質(zhì)量的DNA提取液（Vaneket al.，2009；Gómez-Zeledónet al.，2017）。與溶劑萃取法相比，二氧化硅吸附法以單一方式將DNA固定在二氧化硅表面，對(duì)考古木材樣品抽提液中抑制成分的去除更加徹底。

盡管古DNA提取與純化已取得明顯進(jìn)展，但由于考古木材保存狀態(tài)的不均勻性以及儲(chǔ)存環(huán)境的復(fù)雜性和特殊性，仍需進(jìn)一步探究并不斷完善考古木材DNA提取方法。

3.3 木材古DNA雜交捕獲

從木質(zhì)遺存中獲取的內(nèi)源古DNA含量通常較低，難以采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)進(jìn)行有效擴(kuò)增。隨著高通量測(cè)序等分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，包括誘餌設(shè)計(jì)、總DNA獲取、文庫(kù)制備、雜交捕獲、雜質(zhì)DNA片段清除、高通量測(cè)序等流程在內(nèi)的古DNA液相雜交捕獲方法在古人類(lèi)和古動(dòng)物考古領(lǐng)域已取得突破（Fuet al.，2014；Orlandoet al.，2015；Wanget al.，2021）。其基本原理是通過(guò)生物素探針特異性“釣取”目標(biāo)古DNA片段，再利用共價(jià)結(jié)合鏈霉親和素的磁珠以生物素識(shí)別方式將古DNA片段吸附到磁珠上，然后完成目標(biāo)古DNA洗脫以進(jìn)行高通量測(cè)序（Orlandoet al.，2021）。

為降低古DNA末端損傷行為對(duì)序列信息誤讀的影響，在構(gòu)建DNA文庫(kù)前，一般采用USER酶處理方法，即尿嘧啶-DNA糖基化酶（uracil-DNA-glycosylase，UDG）與核酸內(nèi)切酶VIII（endonuclease VIII）結(jié)合處理古DNA粗提取物，以通過(guò)去除尿嘧啶并切割產(chǎn)生的堿基位點(diǎn)的原理達(dá)到修復(fù)DNA損傷的目的（Burbanoet al.，2010）。然而該方法也存在負(fù)面效果，不僅縮短古DNA分子長(zhǎng)度，同時(shí)其降解的典型特征也會(huì)被消除，給后續(xù)古DNA真實(shí)性驗(yàn)證帶來(lái)難題。通過(guò)反應(yīng)時(shí)間和尿嘧啶糖基化酶抑制劑（UGI）參數(shù)優(yōu)化進(jìn)一步形成的UDG-half方法，不但可去除絕大部分損傷，而且在DNA片段末端保留一個(gè)損傷性堿基（尿嘧啶），既有效修復(fù)了古DNA末端損傷，同時(shí)也為古DNA真實(shí)性驗(yàn)證提供了憑證（Orlandoet al.， 2021）。此外常用于福爾馬林固定石蠟包埋樣本（FFPE）DNA修復(fù)的NEBNext FFPE DNA修復(fù)酶可有效去除長(zhǎng)期存儲(chǔ)樣本線粒體DNA存在的化學(xué)損傷，修復(fù)后錯(cuò)誤率從平均1.1%降至0.25%（Gordenet al.，2018）。因此，篩選適用于考古木材細(xì)胞中古DNA的修復(fù)酶種類(lèi)以及優(yōu)化反應(yīng)時(shí)間、化學(xué)成分比例等方法參數(shù)，將有助于突破考古木材的古DNA末端損傷修復(fù)難題。

整體而言，目前針對(duì)植物古DNA的相關(guān)研究仍較少，2011年雜交捕獲技術(shù)首次在玉米內(nèi)源古DNA富集研究中得到應(yīng)用（ávila-Arcoset al.，2011），隨后陸續(xù)在古代葫蘆皮（Kistleret al.，2014）、亞化石針葉（Schmidet al.，2017）以及沉積物（Schulteet al.，2021）等研究中報(bào)道。在木材考古研究領(lǐng)域，古DNA雜交捕獲技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了古建筑楠屬木材DNA的有效提取，測(cè)序深度達(dá)27×～1 410×，突破了PCR技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)低含量古DNA擴(kuò)增和測(cè)序的瓶頸（Jiaoet al.，2022）。

4 木材古DNA數(shù)據(jù)處理和序列分析

以高通量測(cè)序?yàn)榛A(chǔ)的古DNA分析會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，需利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和生物學(xué)等多學(xué)科交叉手段揭示高通量測(cè)序數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的生物學(xué)意義。然而，由于古DNA具有含量低、高度片段化、廣泛損傷等典型特征，導(dǎo)致現(xiàn)代DNA數(shù)據(jù)分析手段和技術(shù)參數(shù)普遍難以參考和應(yīng)用（Schuenemannet al.，2013）。

4.1 木材古DNA數(shù)據(jù)處理與真實(shí)性驗(yàn)證

分析木材古DNA測(cè)序數(shù)據(jù)前，應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理和真實(shí)性評(píng)估等。以接頭污染序列、堿基質(zhì)量分?jǐn)?shù)和未知堿基比例為指標(biāo)的原始測(cè)序序列質(zhì)控和數(shù)據(jù)過(guò)濾是古DNA質(zhì)量檢測(cè)的關(guān)鍵。關(guān)于數(shù)據(jù)處理，通常涉及去除測(cè)序接頭和低質(zhì)量序列、參考基因組比對(duì)、重復(fù)序列過(guò)濾和序列拼接等流程。AdapterRemoval和Samtools等生物分析方法是去除測(cè)序接頭、低質(zhì)量序列和DNA重復(fù)拷貝序列的重要手段（Renaudet al.，2014；Schubertet al.，2016）。由于古DNA片段長(zhǎng)度短且外源DNA比例高，導(dǎo)致常用于現(xiàn)代DNA拼接的從頭測(cè)序拼接（de novoSequence Assembly）方法在古DNA序列拼接中幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)（Schuenemannet al.，2013），普遍采用BWA（Burrows-Wheeler Aligner）方法將古DNA短片段序列與參考基因組進(jìn)行比對(duì)和匹配，所有能匹配到參考基因組的內(nèi)源DNA片段被保留，而外源DNA序列因無(wú)法匹配而被舍棄（Liet al.，2010；Langmeadet al.，2012）。同時(shí)，DNA損傷模式是古DNA真實(shí)性評(píng)估的關(guān)鍵指標(biāo)。Jiao等（2022）通過(guò)BWA-bactrack算法實(shí)現(xiàn)了古建筑楠木樣品DNA短片段（平均長(zhǎng)度68～99 bp）的有效拼接，質(zhì)體基因組測(cè)序覆蓋度達(dá)90.09%～100%（137 663～152 805 bp）。近年來(lái)，隨著B(niǎo)WA、mapDamage及PMDtools等生物信息學(xué)方法的不斷完善，對(duì)古DNA數(shù)據(jù)的分析與挖掘研究已邁入新的發(fā)展階段，為揭示考古木材DNA數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的生物學(xué)意義提供了新的機(jī)遇。

4.2 木材古DNA序列分析

獲得科學(xué)可靠的木材古DNA序列后，一般基于系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)、主成分分析、群體遺傳學(xué)等手段精準(zhǔn)解析序列信息特征，進(jìn)而通過(guò)分子標(biāo)記方法實(shí)現(xiàn)木質(zhì)文物用材樹(shù)種的識(shí)別。加拿大動(dòng)物學(xué)家Hebert等（2003）首次提出的DNA條形碼分子標(biāo)記方法目前已成功應(yīng)用于生態(tài)學(xué)調(diào)查、瀕危物種監(jiān)管和保護(hù)、中草藥資源與木材識(shí)別、法醫(yī)鑒定、藥物和食品市場(chǎng)監(jiān)督等領(lǐng)域（高連明等，2012；周世良等，2015），然而通用DNA條形碼普遍存在因信息位點(diǎn)缺乏導(dǎo)致對(duì)親緣關(guān)系相近樹(shù)種木材識(shí)別成功率低的問(wèn)題（Jiaoet al.，2019）?；蚪M測(cè)序技術(shù)的發(fā)展讓探索具有更高分辨率的分子標(biāo)記甚至“基因組超級(jí)DNA條形碼”成為可能（Liet al.，2015），借助BWA、遺傳距離和單核苷酸多態(tài)性等方法可有效解析發(fā)生嚴(yán)重降解的考古木材DNA序列信息并闡明其種間變異規(guī)律，將為木質(zhì)文物用材“種”的準(zhǔn)確識(shí)別提供理論依據(jù)。

5 木材分子考古主要應(yīng)用

木材考古研究與應(yīng)用對(duì)象是考古發(fā)現(xiàn)的與古代人類(lèi)生活直接或間接相關(guān)的木質(zhì)遺存。通過(guò)考古發(fā)掘發(fā)現(xiàn)和分析木質(zhì)遺存，深入挖掘木質(zhì)文物蘊(yùn)含的歷史和自然信息，有助于進(jìn)一步解讀歷史時(shí)期森林植被、環(huán)境氣候與人類(lèi)活動(dòng)間的相互關(guān)系。

針對(duì)木質(zhì)遺存的古DNA開(kāi)展木材分子考古研究，是解讀先民認(rèn)知與利用森林資源方式的重要途徑。明清時(shí)期被冠以“皇木”稱(chēng)謂的“楠木”，主要用于包括故宮等在內(nèi)的皇家木結(jié)構(gòu)宮殿營(yíng)造，成為皇權(quán)與地位的象征。然而對(duì)《詩(shī)經(jīng)》、《山海經(jīng)》和《本草綱目》等歷代典籍以及相關(guān)木質(zhì)文物的研究表明，“楠木”的樹(shù)種歸屬問(wèn)題一直存在爭(zhēng)議。通過(guò)探究代表性古楠木建筑用材，可為解讀“楠木”樹(shù)種歸屬提供新的認(rèn)知。綜合考古學(xué)、形態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)和生物信息學(xué)分析結(jié)果，確定21份故宮古建筑木構(gòu)件“楠木”樣本均為楠屬木材，其中以楠木（Phoebe zhennan）和細(xì)葉楠（Phoebe hui）為主（90.48%），其余為閩楠（Phoebe bournei）和浙江楠（Phoebe chekiangensis）（Jiaoet al.，2022），研究結(jié)果為解讀長(zhǎng)期存在爭(zhēng)議的“楠木”樹(shù)種歸屬范圍提供了新的見(jiàn)解，并為木質(zhì)遺存的修復(fù)和保護(hù)提供了關(guān)鍵植物學(xué)信息。更重要的是，這充分表明在尚未形成系統(tǒng)的植物分類(lèi)學(xué)框架條件下，我國(guó)先民亦能通過(guò)生產(chǎn)生活的經(jīng)驗(yàn)智慧準(zhǔn)確認(rèn)知和掌握木材的類(lèi)別及主要特性，并對(duì)其進(jìn)行充分利用，體現(xiàn)了當(dāng)時(shí)社會(huì)在林業(yè)、交通運(yùn)輸和建筑等方面的高度文明。

木材分子考古是復(fù)原歷史時(shí)期地域性森林植被類(lèi)型和物種多樣性的重要方法。隨著考古手段的不斷發(fā)展，木質(zhì)遺存考古發(fā)現(xiàn)數(shù)量顯著增加。趙燁（2012）采用木材解剖方法解析良渚遺址群中出土木器最豐富的卞家山遺址所在地理區(qū)域的木本植被類(lèi)型，確定當(dāng)時(shí)該區(qū)域的森林植被類(lèi)型以櫟屬、錐屬（Castanopsis）、青岡屬（Cyclobalanopsis）、樟屬（Cinnamomum）等常綠闊葉樹(shù)為主，以松屬（Pinus）等針葉樹(shù)為輔。木材分子考古學(xué)方法則突破了傳統(tǒng)木材解剖學(xué)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的“種”水平識(shí)別瓶頸，為木質(zhì)遺存用材的精準(zhǔn)識(shí)別提供了技術(shù)支撐（Wagneret al.，2018；Jiaoet al.，2022）。通過(guò)綜合分子考古學(xué)、木材解剖學(xué)等方法手段，對(duì)木質(zhì)遺存開(kāi)展大尺度范圍的種屬鑒定，能夠?yàn)橹貥?gòu)歷史時(shí)期地域性木本植物種類(lèi)提供直接證據(jù)。

木材分子考古也是重建古代樹(shù)木應(yīng)對(duì)氣候和生境變化微進(jìn)化反應(yīng)的重要手段。當(dāng)前隨時(shí)空演變的經(jīng)典方法普遍依賴(lài)于花粉分布模式，但因受花粉百分比參數(shù)與周?chē)脖簧w度非線性關(guān)系等局限，區(qū)域性森林植被演化情況難以準(zhǔn)確反映（李潔等，2013；戴璐等，2017）。而基于遺址考古木材和亞化石遺存的古DNA信息可從新的維度提供科學(xué)佐證。通過(guò)比較廣泛分布于歐洲地域且大時(shí)間跨度（550～9 800年）的167份櫟屬飽水考古木材與現(xiàn)代居群之間葉綠體DNA單倍型的差異，可推測(cè)古代樹(shù)木應(yīng)對(duì)生境變化的微進(jìn)化情況（Wagneret al.，2018）。高通量測(cè)序表明，來(lái)自瑞士和斯洛文尼亞的新石器時(shí)代遺址、德國(guó)和法國(guó)青銅時(shí)代遺址以及德國(guó)北部和法國(guó)北部的中世紀(jì)遺址且測(cè)序深度＞5×的21個(gè)櫟屬考古木材樣本，其葉綠體DNA單倍型與生長(zhǎng)在同一地理區(qū)域的現(xiàn)代居群常見(jiàn)單倍型相匹配。考慮到葉綠體DNA基因組有限的進(jìn)化速率，同時(shí)因缺乏細(xì)胞核DNA數(shù)據(jù)信息，單倍型分布范圍內(nèi)的跨區(qū)域流動(dòng)等情況并不能被完全排除。因此，僅通過(guò)葉綠體DNA單倍型信息，仍不足以反映物種居群遺傳結(jié)構(gòu)的形成和演化時(shí)間。未來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)細(xì)胞核和葉綠體古DNA數(shù)據(jù)的篩選和綜合分析，將有助于揭示時(shí)空維度下古DNA單倍型的變化規(guī)律，闡明古代樹(shù)木物種遺傳變異的空間分布模式，并應(yīng)用于物種居群微進(jìn)化歷程的追溯和認(rèn)知。

6 問(wèn)題與建議

綜上所述，古DNA因高度降解、含量極低和化學(xué)損傷特征導(dǎo)致其難于提取和信息解譯仍是當(dāng)前木材分子考古研究領(lǐng)域亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。建議木材分子考古領(lǐng)域應(yīng)圍繞古DNA重點(diǎn)開(kāi)展以下3方面研究：1） 建立考古木材標(biāo)本庫(kù)及其DNA信息數(shù)據(jù)庫(kù)；2） 研究不同時(shí)空維度下木材古DNA損傷及變化規(guī)律；3） 構(gòu)建穩(wěn)定高效的木材古DNA提取及序列信息解譯技術(shù)體系。在木材古DNA信息精準(zhǔn)解譯的基礎(chǔ)上，通過(guò)加強(qiáng)木材分子考古等多學(xué)科交叉研究，進(jìn)一步推動(dòng)新理論、新方法、新技術(shù)在木材學(xué)和考古學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，為木質(zhì)文物的用材樹(shù)種識(shí)別、保護(hù)利用以及重建歷史時(shí)期森林植被、環(huán)境氣候與人類(lèi)活動(dòng)耦合關(guān)系提供重要科學(xué)依據(jù)。