一般说来, 传统的木材识别是一件实践性经验性非常强的工作, 主要是以木材解剖学为基础, 以木材结构特征为依据。其方法可分为人工识别和计算机辅助识别等方法^[2]。人工识别又分为宏观识别和微观识别。人工识别主要是利用人眼或显微镜等, 通过观察、比较、研究等方法来区分和鉴定木材种类。在分类学中, 近缘物种的木质结构和纹理等特征非常相似, 因此很难准确鉴定木材物种; 同时如果不结合树木的根、叶、花与果实的特征, 只分析木材特征, 一般只能确定属, 很难确定到种^[3]。这种方法有很大的局限性, 不仅要求操作人员具备很强的木材识别经验和木材专业知识, 而且鉴定准确性也无法评估。此后, 随着计算机技术的发展, 又建立了基于计算机数据库的木材识别技术以及基于计算机数字图像处理技术的木材识别方法等^[4]。这些方法类似于指纹识别系统^[5], 主要依靠木材各项特征参数及图像数据的完整性, 同样存在一定的局限性, 并且这些鉴定方法的准确性也受到很多因素的制约。

随着木材鉴定方法的不断发展, 木材制假手段也更加精细, 几乎可以以假乱真。近期, 有报道称, 很多非法木材加工厂将桉树、杨树、松树等普通木材经过一系列处理, 变成价格不菲的红木和楠木等, 不仅肉眼难以分辨, 经检测其密度、硬度等指标及其他物理理学性能与珍稀红木相差无几。此外, 案发现场也常会出现一些不具备用传统方法识别的木材类检材, 如木材碎块及碎屑等。在刑侦工作中, 亟需一种快速准确的木材鉴定方法, 便于刑事技术人员操作, 同时为案件侦查工作提供线索及有力的证据。利用DNA分子遗传方法针对木材进行检验鉴定, 不仅可以对木材的种类进行准确识别, 而且也符合实际刑事案件应用的迫切需要。

2001年, Motonari Ohyama等人提出了利用DNA手段对木材进行识别的方法并验证了方法的可行性^[6]。不同种的木材, 所包含的DNA信息也不尽相同。因此, 可以通过科学选择并区分这些种属特异性的DNA片段, 来实现木材的物种鉴定。近年来, 国内外学者也对DNA方法在木材识别领域的应用进行了一定的研究。

利用分子水平进行木材鉴定的报道目前尚不多见, 原因在于木材DNA提取较困难。通常所指的木材是植物的次生木质部, 它包括边材、心材。木材不同部位DNA含量存在明显差异:其中心材含量最低, 且降解程度严重, 无法进行较长片段的扩增^[7], 边材DNA含量相对较高。提取已经被砍伐加工的木材DNA相对较困难, 因为木材加工往往只利用心材部分, 多数情况边材部分已经失去, 所含的DNA含量很少。同时, 木材的种类不同, 所含次生代谢物质也不同, 这些物质会对木材DNA的提取产生一定的影响, 所以能成功提取木材DNA也相当困难。近几些年, 关于不同树种木材DNA提取的报道也有, 如杉树、杨树等^{[7, 8]}。

2003年, 加拿大圭尔夫大学动物学家Paul Hebert首次将“ DNA条形码” (DNA barcoding)的概念引入生物界, 并提出将线粒体基因CO1(编码细胞色素C)作为通用的动物DNA物种鉴定条形码^[9]。DNA条形码技术是一种能够快速准确识别物种的方法, 一般是利用DNA片段在物种种内的特异性和种间的多样性来识别物种, 如同超市商品上的条形码, 可以对物种身份进行快速自动鉴定^[10]。运用DNA条形码技术对木材DNA进行鉴定, 或将成为木材鉴定研究的新潮流。

一般来讲, DNA条形码应当是一段标准的、相对较短、有足够变异的并且易于扩增的DNA序列。生物学家起初希望能找到一个基因或者一小段DNA序列, 从而将地球上所有的物种区分开来。在动物界, 由于存在生殖隔离, 不同物种的动物无法繁殖杂交后代。即使如此, 根据目前的研究来看, 仅使用CO1一段DNA序列实现对所有动物物种的识别鉴定仍然不太现实。植物类群中条形码的研究和应用尚处于探索阶段, 稍落后于对动物类群的研究^[11]。植物中, 普遍存在种间杂交和谱系偏选的现象, 这就更需要研究人员从不同的植物基因组中选择适合的基因来保证鉴定的成功率和准确性, DNA条形码的筛选工作更复杂。在植物的研究中, 许多研究人员从核基因组和叶绿体基因组中寻找理想的DNA条形码, 但想要找到一段DNA序列来区别所有植物物种几乎是不可能的^[12]。目前, 热点研究的植物DNA条形码包括:叶绿体基因matK、tmH-psbA、trnT-L、 rbcL、ycf5、accD及核基因ITS等^{[13, 14, 15]}。研究表明, 通过利用不同DNA条形码的组合, 在物种基因组范围内逐级缩小种属范围, 最终达到物种的自动鉴定是现实和可行的。

基于目前的研究现状, 建立快速有效的木材DNA鉴定方法用于刑事案件, 尚需解决两个问题:(1)影响木材DNA有效提取的因素有很多, 木材的DNA含量与木材离体时间和加工程度成反比。木材经过高温、干燥等处理后, DNA降解十分严重。同时, 木材中所含有某些化合物及木材上附着的真菌、微生物都会干扰DNA的提取质量。因此, 首先要建立一套适用于法医遗传学实验室的木材DNA提取方法; (2)筛选适合作为木材鉴定的DNA条形码序列, 尤其要选择片段多拷贝的DNA条形码以满足降解严重的木材材料的要求。

目前, 盗伐林木、木材走私案件逐年上升, 假冒伪劣产品充斥珍稀木材家具市场, 同时以往的木材识别鉴定方法对鉴定人员的专业要求较高, 不适用于日常公安工作。因此, 建立一套快速、准确、科学的木材鉴定方法并应用于现实案件, 不仅有利于打击犯罪, 规范木材交易市场, 从长远角度来看, 更是保护森林资源, 保持水土流失的迫切需要。