用plantlist程序包查詢和處理植物學名

1 簡介

plantlist是用來查詢和處理植物學名的R程序包，自2013年以來，受到很多植物學和生態學很多老師和同學的關注。R軟體中，類似的程序包還有 taxize (https://cran.r-project.org/web/packages/taxize/index.html)、Taxonstand(https://cran.r-project.org/web/packages/Taxonstand/index.html)等。

相比之下plantlist的主要特點在於：

使用校對過的內置數據，不需要聯網

優化了查詢單個物種名是否為接受名的算法，速度比taxize更快

查詢結果所顯示的信息更加簡潔清晰

支持用中文名批量查詢學名

1.1 plantlist的主要功能

批量查詢植物科屬，內置的數據主要來源於The Plant List網站(www.theplantlist.org/)，其中被子植物採用APGIII分類系統，同時提供維管植物每個科的編號，極大方便了植物標本的管理，方便植物名錄處理等。

直接生成科/屬/種的列表, 以便導入Phylomatic等軟體生成進化樹

用中文名批量查詢植物學名以及科屬

查詢學名的接受狀態以及完整學名等

1.2 plantlist包內的函數

CTPL() 用中文名查詢每個種的科、屬、分布、海拔、IUCN等級數據

CTPL2() 功能與CTPL類似，但CTPL2()只讀寫Excel文件，而CTPL在查詢時要直接輸入中文字符。

status() 查詢每個學名在The Plant List 1.1資料庫中的接受狀態（該資料庫已經放在程序包中）

taxa.table() 基於TPL查詢結果製作科、屬、種列表， 以便用Phylomatic軟體建立進化樹

TPL() 用學名查詢目、科、屬以及科在分類系統中的編號

1.3 內置數據

acc_dat: The Plant List網站上的所有接受名

cnplants_dat: 《中國植物名錄》及每個種的科、屬、分布、海拔、中國IUCN等級以及特有性等數據

genera_dat: The Plantlist網站上的所有屬名列表，因源數據有一些錯誤，絕大部分已經修訂。

orders_dat: Angiosperm Phylogeny Website (www.mobot.org/MOBOT/research/APweb/ ) 提供的各科所屬的目。

syn_dat: The Plant List 1.1 網站的異名資料庫

2 軟體安裝

plantlist必須要先安裝R才能使用。由於plantlist內部函數CTPL2函數需要使用openxlsx程序包讀取xlsx文件，所以也要安裝openxlsx所依賴的Rtools以及Rcpp，並配置好啟動路徑才能正常使用。

2.1 安裝R軟體

R軟體下載的地址為:(http://cran.r-project.org/bin/windows/base/)。請儘量下載最新版本的R並按照默認路徑安裝。因為程序運行過程中涉及UFT8字符轉換，所以R版本不能低於3.0.3。

圖1. R軟體windows版本下載頁

圖2. R軟體3.3.1的登錄界面

2.2 安裝Rstudio

推薦用Rstudio的Console輸入函數查詢，這是因為在部分Windows系統中， R自帶的RGui中無法正常輸入漢字，而Rstudio較好地解決了字符編碼和漢字輸入的問題。

涉及字符編碼時，建議所有文本文件都使用UTF-8，這樣可以降低出現亂碼的可能性。

Rstudio可以在(https://www.rstudio.com/products/rstudio/download/) 下載。

2.3 安裝Rtools

Rtools是編寫R程序包的工具軟體，含有讀寫xlsx文件所需的unzip和zip函數，安裝時必須允許Rtools修改啟動路徑。

Rtools的下載地址為(https://cran.r-project.org/bin/windows/Rtools/)。安裝Rtools時須允許其修改系統路徑system PATH。

圖3. Rtools下載頁面，請以列表中第一行未凍結的版本為準

圖4. 安裝Rtools時應該允許其修改system PATH

2.4 檢查Rtools是否已正確配置

Rtools安裝完成後可以通過以下方式檢查是否安裝成功:

圖5. 在控制臺中輸入zip, 如圖所示，若未提示錯誤，則Rtools安裝和配置成功

2.5 安裝openxlsx程序包

openxlsx程序包用來讀取和保存帶有植物名錄的xlsx模板，在Rconsole中輸入：

install.packages("openxlsx")

然後，在彈出的窗口選擇距離較近的CRAN鏡像，openxlsx程序包會自動下載並安裝好。部分地區由於網絡限制，不一定能打開r-project網站的雲服務，以致報錯。此時可以用以下命令從指定的CRAN鏡像網站安裝:

install.packages("ctv", repos = "http://cran.R-project.org")

其中 http://cran.R-project.org 可以替換為任何CRAN鏡像名。CRAN鏡像列表可在以下網址查看：https://cran.r-project.org/mirrors.html

圖6. 通過install.packages命令安裝openxlsx程序包

2.6 安裝 plantlist程序包

由於plantlist程序包中有非ASCII碼，所以一直沒有上傳到CRAN。plantlist包的穩定版本在R-Forge (https://r-forge.r-project.org/R/?group_id=2052), 最新版本的原始碼保存在github。

圖7. Rforge網站上plantlist的頁面

2.6.1 從R-Forge下載安裝

命令是:

install.packages("plantlist", repos="http://R-Forge.R-project.org")

2.6.2 從github下載和安裝

plantlist的github網址是(https://www.github.com/helixcn/plantlist)。可使用如下命令安裝：

devtools::install_github("helixcn/plantlist")

若尚未安裝devtools, 需要輸入以下命令安裝:

install.packages("devtools")

至此，plantlist及其依賴的程序包都安裝好了。

3 plantlist各函數的使用方法

在使用plantlist之前，必須用library(plantlist) 加載plantlist。查詢每個函數的使用方法， 請輸入?函數名，例如： ?TPL即可查看TPL函數的幫助界面。

3.1 CTPL() 用中文名查詢科、屬、分布、海拔、IUCN等級數據

示例代碼如下：

library(plantlist)
CTPL(c("楊梅", "多花泡花樹"))
CTPL(c("網脈實蕨", "江南星蕨"))
# 將結果保存到Excel文件中

library(openxlsx)
rrr <- CTPL(c("側金盞花",
             "多花泡花樹",
             "網脈山龍眼",
             "綠樟",
             "網脈實蕨"))
write.xlsx(rrr, "results.xlsx")

# 純文本文件的讀寫
# Save to UTF-8writeLines(text = c("桃兒七",
                   "連香樹",
                   "水青樹",
                   "綠樟",
                   "網脈實蕨"),
   con = "test_species.txt",
   useBytes = TRUE)
sp <- readLines("test_species.txt", encoding = "UTF-8")
CTPL(sp)

圖 8. CTPL的查詢結果

3.2 CTPL2() 用中文名查詢科、屬、分布、海拔、IUCN等級數據

CTPL2可以直接讀取Excel文件第一列的數據，並以此和內置的cnplants_dat數據匹配，結果保存在自動生成的xlsx文件中。示例代碼如下：

# Example of CTPL2

library(plantlist)
library(openxlsx)
species <- data.frame(plants = c("側金盞花",                          "多花泡花樹",
"網脈山龍眼",
"綠樟",
"網脈實蕨",                                
"無根藤",                                
"黃樟",                                
"香葉樹",                                
"山雞椒",                                
"潺槁木姜子",                                
"豺皮樟",                                
"浙江潤楠",                                
"廣東潤楠",                                
"廣寄生",                                
"兩廣梭羅",                                
"假蘋婆",                                
"地桃花",                                
"白背黃花稔",                                
"通泉草",                                
"野牡丹"))
write.xlsx(species, "species_to_search.xlsx")
CTPL2("species_to_search.xlsx")

圖9. CTPL2的查詢結果。

3.3 status() 查詢每個學名在The Plant List 1.1 的接受狀態

函數的參數 status(species =NA, exact =TRUE, spell_error_max =NULL)

species為輸入的字符串向量。

exact表示是否進行精確匹配，如果不是精確匹配，則所有能用grep正則表達式匹配的結果都會顯示。一般建議用精確匹配。

spell_error_max 為所允許的最大的錯誤拼寫的字母數量。

status函數對輸入的species物種名大小寫不敏感,物種名的前後以及中間允許有多個空格，species可以包括或者不包括命名人（變型f.之前的命名人除外）。

status函數可以查詢變種var. 亞種 subsp. 以及變型f. 是否接受等信息.

3.3.1 使用方法:

library(plantlist)## 建立物種名單

sp <-c("Elaeocarpus decipiens",      
"Syzygium buxifolium",      
"Daphniphyllum oldhamii",      
"Loropetalum chinense",      
"Rhododendron latoucheae",      
"Rhododendron ovatum",      
"Vaccinium carlesii",      
"Schima superba")### 檢查名單內每個種的接受情況以及接受名

status(sp)###
檢查一個種的接受情況

status("Myrica rubra")              ## 楊梅

status("Adinandra millettii")       ## 楊桐

status("cyclobalanopsis neglecta ") ## 竹葉青岡

status("Lirianthe henryi")          ## 大葉木蘭

#### 同時檢查幾個學名的狀態

status(c("Myrica rubra",
        "Adinandra millettii",        
"Machilus thunbergii",        
"Ranunculus japonicus",        
"Cyclobalanopsis neglecta"))
### Check the statusof a scientific name (with or without authorship)

### 查詢學名是否接受
status("Hypoxis filifolia")

### Subspecies (withor without authorship)
### 查詢亞種是否接受
status("Hypoxis kilimanjarica subsp. kilimanjarica")

### Variaty (with orwithout authorship)
### 查詢變種是否接受
status("Hypoxis erecta var. aestivalis")
### Form (with orwithout authorship)###
查詢變型是否接受

status("Hypoxis hirsuta f. villosissima")
### 重要提示：由於表示變型的 f. 有時也用於命名人中，
### 因此，用status函數在查詢變型時， 請勿為種添加命名人，
### 但是變型的命名人可以提供或者不提供，具體為:

"Hypoxis hirsuta (L.)Coville f. vollosissima Fernald"#  （不能處理）
"Hypoxis hirsuta f. vollosissima Fernald"#（能處理）
"Hypoxis hirsuta f. vollosissima"#（能處理）

3.4 taxa.table() 基於TPL查詢結果製作科屬種列表

查詢結果多用於在Phylomatic軟體中構建進化樹。示例代碼如下：

sp <- c("Ranunculus japonicus",
"Anemone udensis",        
"Ranunculus repens",        
"Ranunculus chinensis",        
"Solanum nigrum",        
"Punica sp." )
res <- TPL(sp)
taxa.table(res)

3.5 TPL()根據拉丁名，查詢目、科、屬、以及科的編號

TPL函數輸入的數據必須是字符串格式的向量。可以查詢科、屬、種的相應信息，但是並不會提示學名是否為接受名。查詢學名是否有效， 請用status函數。

TPL("Carex")
# 查詢薹草屬

TPL("Apple")
# 查詢蘋果的英文名

splist <- c("Ranunculus japonicus",
           "Solanum nigrum",            
           "Punica sp.",
           "Machilus",
           "Today",
           "####" )### 查詢多個種

res <- TPL(splist)

引用plantlist程序包

如果您使用了plantlist程序包，請通過以下方式引用：

Jinlong Zhang (2018). plantlist: Looking Up the Status of Plant Scientific Names based on The Plant List Database. R package version 0.5.0. https://github.com/helixcn/plantlist/

致謝

感謝高芳鑾、李嶸、胡曉麗、馮嘉恩、黃世芳、俞筱押、胡海花、李家湘、劉水銀、鮑志貴、張美霞、葛斌傑、孔德良、劉振穩、龍文興、金建軍、夏尚文、李霞、陶旺蘭、李秋萍、易逸瑜、張璋、駱爭榮、彭舜磊、郭文永、賈蕙君等各位老師同學試用本軟體並提出寶貴意見。

參考文獻

多識團隊. (2016至今). 多識植物百科. http://doucet.ibiodiversity.net/.

劉冰, 葉建飛, 劉夙, 汪遠, 楊永, 賴陽均, 曾剛，林秦文. (2015). 中國被子植物科屬概覽: 依據 APG III 系統. 生物多樣性, 23(2), 225-231.

環境保護部, 中國科學院 (2013) 《中國生物多樣性紅色名錄——高等植物卷 》 電子版來源：www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201309/W020130917614244055331.pdf

Christenhusz, M., Zhang, X. C., and Schneider, H. (2011a). A linear sequence of extant families and genera of lycophytes and ferns. Phytotaxa. 19:7-54

Christenhusz, M., Reveal, J., Farjon, A., Gardner, M. F., Mill, R. R., and Chase, M. W. (2011b). A new classification and linear sequence of extant gymnosperms. Phytotaxa. 19:55-70

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