法医孢粉学研究进展及其在法庭科学中的应用

陈云霞 ，史洪飞

（1.南京森林警察学院，江苏 南京 210023；2.国家林业局森林公安司法鉴定中心，江苏 南京 210023；3.野生动植物物证技术国家林业和草原局重点实验室，江苏 南京 210023）

孢粉学是研究植物花粉和孢子（简称孢粉）的形态与分类及其在各个领域中应用的一门学科。将孢粉学应用于法庭科学领域，使用孢粉的方法解决民事和刑事等相关法律问题，通常称为“法医孢粉学”[1]。孢粉是一种很好的痕量证据，其体积小，易于在物体间转移，在物体上保持时间长，可以被收集和识别，这些特点满足了痕量证据的转移性、持久性和可检测性的要求，可以为案件侦破提供有力的调查和关联证据[1]。

1959年，关于法医孢粉学在刑事案件侦查中的应用首次被报道[2]。这是1例发生在欧洲的杀人案，一名旅途中的男子在多瑙河边失踪，虽然调查人员怀疑某嫌疑人有作案动机，但是没有找到尸体和案发地点。一位古生物学家检验了犯罪嫌疑人鞋上的泥土，发现泥土中同时存在松树和桤木孢粉，以及4000万年前的化石孢粉。通过对比该地区的地质和植被地图，确认了泥土的来源地，指明了嫌疑人所去过的地方，嫌疑人在得知来源地后供认了罪行，并指出了尸体的下落。

法医孢粉学作为一种法医学手段已应用了60多年，取得了一定程度的成功。在过去30年间，开展了大量关于法医孢粉学的相关研究[3-11]，比如法医孢粉样本的收集[3-6]，土壤中孢粉分布变化的解释[5]，不同材料对孢粉滞留的影响[6-8]，孢粉学证据的价值评估[9]，孢粉的分子检验[10]，甚至谋杀发生时间的确定[11]。目前有大量法医孢粉学应用于刑事和民事诉讼的案例报道[12-14]，证明法医孢粉学能应用于伪造、强奸、杀人、恐怖主义、毒品交易、暴力和抢劫、纵火、肇事逃逸、假冒和非法走私以及涉及地理保护、非法捕鱼和污染等案件之中。但是，法医孢粉学仅在澳大利亚[5]、新西兰[3]和美国[4，15]的刑事审判中作为常规证据使用，在其他国家应用较少。本文从孢粉的产生、传播以及大小等自身生物学特性出发，结合近年来在法庭科学领域的应用、检测技术的进步以及所面临的挑战，综合探讨法医孢粉学的研究进展及其应用前景。

1 孢粉作为痕量证据所具备的生物学特性

广义上的孢粉还包括来自蕨类、苔藓等植物的孢子。花粉是高等种子植物的雄性生殖细胞，孢子是低等植物（包括藻类、蕨类、真菌、苔藓和地衣）的有性或无性繁殖的繁殖体[16-17]。孢粉的法医学价值源于其体积小，形态特征复杂，对机械、生物和化学降解的抵抗力强，在各种介质中保存时间长、环境中的丰度高，可以在一定范围内识别特定的植物类群[16，18]。

1.1 大小及形态

孢粉直径通常在 20～60 μm[4]，极易随风、水或动物进行扩散，广泛存在于自然环境中，这就意味着通常可以从现场的衣服、头发、指甲下及其他物品，甚至从已经搬离现场的物品上提取到孢粉。

虽然孢粉的大小在不同植物类群间存在差异，但其不在物种之间变化，不能作为识别依据。孢粉大小在个体之间也会发生变化，因此不能过度依赖大小标准。

孢粉的其他形态特征对于种属识别更加有用，一般具有种间特异性。这些形态包括形状（球形、卵形、三角形等）、表面纹饰（颗粒、刺、乳突、网状等）、孢粉孔类型和数量（孔穴、孔沟或两者兼有，无孔、一孔或多孔）、胞壁结构（柱状、穿孔）[2]。大多数孢粉的观察和鉴定使用透射光学显微镜进行，也可以使用扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）获得更丰富的胞壁纹饰细节。然而在大多数常规刑事案件中，SEM的价值有限，因为必须要从提取到的孢粉混合物中识别出整个孢粉组合，种类繁多，SEM更为耗时耗力[17]。

1.2 丰度和传播

孢粉由风、水或一些动物媒介传播。风媒传播的植物通常会产生大量的孢粉粒。如一个雄性松果可以产生10万～150万孢粉粒，一朵大麻花可以产生6万～8万孢粉粒，在瑞典南部和中部，据估计云杉树每年可产生6.8万吨孢粉[18]。这些风媒传播的孢粉粒在法医学上是有意义的，因为他们通常形态相对简单，具有壁薄、易于保存的特点，且在开花季节结束后可附着于大多数物体表面。风媒植物孢粉粒中约95%将落在母株2 km范围内，只有少量的孢粉粒可以传播至数百至数千公里以外，并形成一个区域背景下的孢粉雨[17]。总体而言，决定单个孢粉粒传播范围的因素包括释放高度、释放机制、风的强度以及上升或下降气流的存在、孢粉粒重量、形状和空气动力学、大气条件以及源植物之间的障碍物等[19]。

通过水媒传播孢粉的植物（水生植物）也会产生大量相对较小且无修饰的孢粉粒，但由于其外壁由纤维素构成且缺乏耐久性的孢粉素，所以不便于保存。这些孢粉类型在法医学上用处较少，但是一旦当其在鉴定时被发现，就能用于确定湿地环境的性质。由于这种类型孢粉通常在现场提取过程中会被氧化，因此法医孢粉学家到犯罪现场收集样本就比较重要。只有法医孢粉学专家亲自到现场，才能知道是否需要收集这些易被破坏的孢粉以及如何优化提取方法以确保从样品中收集所有重要的孢粉类型[20]。

通过动物传播孢粉的植物（虫媒植物）产生孢粉粒相对较少，但通常颗粒较大、具黏性、高度装饰且壁厚，易于保存。由于虫媒植物一般进行自花授粉或闭花授粉，因此，在法医样本中很少发现这些类型孢粉。但如果发现这些类型孢粉，则表明植物亲本非常接近。所以，这类孢粉在法医学上是非常有意义的。

1.3 保存与持久性

孢粉粒外胞壁主要由纤维素、各种蛋白质和脂质组成，但孢粉壁上具有一种相互交联的称作孢粉素的高度耐受材料[16]。尽管细胞壁内的原生质可以快速分解，但是细胞壁非常耐降解，并且可以在不同环境中保存完好[21]。由于孢粉对化学侵蚀的高度抗性，孢粉粒可以保存数年至数百年。例如，在新西兰的一个法医学鉴定案例中，一个蕨类植物30年前就被清除的运动场，其土壤样本中蕨类孢子仍保存完好[17]。在英国威尔士的一起谋杀案中，一棵胡桃树被砍伐后，其孢粉在土壤中保存了近80年，这些孢粉被转移到罪犯身上，从而将这些孢粉与犯罪现场联系起来。这个证据非常关键，因为犯罪发生时该地区没有胡桃树，且该地区唯一的记录就是这棵80年前的胡桃树。因此，胡桃孢粉为威尔士地区提供了一个高度特异的标记[17]。

除水媒传播的孢粉外，其余孢粉是非常稳固与持久的，既可以维持其原来的形状，也可以持久地保留在衣服上。在法医学背景下，作为转移证据，孢粉的持久性很重要。孢粉体积微小，有可能被衣服纤维或其他材料捕获，因此，可以在附着材料上保留相当长的一段时间，便于以后的收集。当孢粉作为其他物质（如土壤）的组分存在时，其持久性与载体的持久性有关。通常，像土壤这样的载体会通过黏附在衣服纤维上或者嵌在鞋底的图案中而具有相当高的持久性[22]。

2 孢粉样本的收集与检验

2.1 样本收集

大多数法医学专家都希望成为第一个到犯罪现场的人。如果要将犯罪现场的孢粉组成用作法医学证据，孢粉学家应在孢粉信息被其他法医或犯罪现场勘验人员的无意行为改变或污染之前，先进入该区域。只要有可能，现场样本的收集应由经验丰富的法医孢粉学家进行，这样可以避免证据和受控材料的不断转移，减少样本问题产生的任何可能性。

在所有情况下，与其他类型的法医样本一样，必须保持详细和准确的记录，说明每个样本的收集位置、收集方式、保管链的监管，以及所采用的防污染安全措施。如果有任何自然或无意的污染迹象，对结果的解释就会产生怀疑。

另外，除了证据样本的采集，从犯罪现场中采集一组孢粉样本作为对照样本（控制样本）也至关重要。关于如何收集和保存证据样本和对照样本，许多文献[5，23-25]中都给出了详细介绍。对照样本的收集在很大程度上取决于所调查的案件性质。

如果孢粉学家或植物学家不能到犯罪现场，那么对照样本还应该包括当地植被的枝、叶、花、果等样本，这样孢粉学家才能确定哪些植物在这一区域占主导地位，并评估其重要性。在犯罪现场进行采样时，不仅要拍摄实际的犯罪现场，还应该拍摄每个对照样本的取样位置和当地植被组合。

2.2 样本检验

（1）显微识别

在法医学孢粉样本中，孢粉种类的检验识别也是最终呈现其证据作用的关键。传统的孢粉学在很大程度上依赖于显微镜作为鉴定孢粉的主要手段。虽然SEM对孢粉粒的成像比光学显微镜可以得到更多的信息，但使用SEM不但需要专业的孢粉分类学专家，而且需要耗费大量的时间与精力，因此，尽管SEM具有成像优势，但从时效上考量，不太可能用于常规的鉴定分析。

近年来，有报道[25-26]通过SEM自动分析、辨识孢粉的技术，在实际案件中取得成功。尽管如此，如果上述关于利用SEM的弊端仍然存在，那么SEM的自动图像分析也难以在法医孢粉学中普遍应用。

（2）DNA分析

传统的孢粉显微识别具有对孢粉学家专业化知识需求高、鉴定速度缓慢以及分类学分辨率相对较差的限制，而相比之下，通过DNA分析鉴定孢粉有可能克服这3种局限性。

DNA分析在孢粉中的应用已有报道[14-15，27-31]，例如，应用限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism，RFLP）技术[28]、短串联重复（short tandem repeat，STR）技术[15]、DNA条形码及宏条形码技术[29-31]等进行孢粉分析，均取得了一定成果，但DNA分析技术用于法医孢粉学仍有其复杂性。首先，一般犯罪现场提取到的孢粉样本都不是单一成分，通常与其他材料或基质混合在一起（如纤维、土壤等），这给样本中孢粉DNA的提取带来了困难。以混在土壤中的孢粉样本为例，虽然现有的技术可以利用坚固粗糙的器具破坏样品中除孢粉壁之外的他物质，但这些过程对孢粉粒内含物及其DNA都具有破坏性。因此，在DNA分析之前，不能在清理步骤中使用酸、碱处理，也不能用乙酰化等标准孢粉学技术[32]。其次，土壤可能含有许多抑制剂，如腐殖酸，可能会抑制后续的DNA扩增[28]。最后，样本中可能还会有除孢粉粒之外的植物成分，或许具有与孢粉相同的比例，而该外来植物成分和孢粉的DNA也会一起被提取分析，若不注意，这将对分析结果造成很大影响。所以，DNA分析技术在法医孢粉学中的应用目前还不成熟，还有很多困难需要克服。

除采用合适的检验方法外，确定样本的哪些法医学检验应优先进行也是比较重要的。孢粉学通常不是唯一被使用的技术，如可能需要对样本的土壤进行黏土和重金属分析，可能会检查样本中的毛发和其他纤维、各种化学物质、昆虫遗骸，甚至土壤DNA。由于孢粉提取技术通常具有破坏性，当涉及其他技术时，孢粉学应该在最后进行。

3 孢粉在法庭科学中的证据价值

每个法医学家都知道物质交换原理，凡是两个物体接触，必会产生物质转移现象。显而易见，物理证据的交换包括足迹，主要是粉尘大小的颗粒状物质的交换[33]。因此，通过物质转移与交换，不仅可以证明两种物理证据来源之间的联系，而且还可以推断出导致交换的行为类型。孢粉提供了一种常见转移材料的来源，通常伴随在土壤、泥土和灰尘颗粒的转移环境中进行交换。当然，直接与含有孢粉的植物接触，也可以获得转移和交换。

3.1 调查证据

正如一些案例报道[2，14]，孢粉可以提供非常有力的调查证据。如1959年的多瑙河男子失踪案中，通过分析嫌疑人鞋底泥土中的孢粉类型，并与当地的植被信息与地理分布进行比对，确定了尸体所在位置及案发地点。

样本中的孢粉检验还可以得到与特定犯罪现场或样本来源的任何局部环境相关的信息。尽管孢粉粒是微观的，但是通过鉴定其物种来源，可能溯源到犯罪现场独有的植物物种，从而建立起嫌疑人与犯罪现场的确切关系，并有可能通过了解与某些植物的相互作用，来重建犯罪嫌疑人的移动轨迹。

3.2 关联证据

除了调查证据，孢粉还可以提供非常强大的关联证据。孢粉在环境中无处不在，因此几乎每个样本中都会有一些该区域普遍存在的代表性孢粉类型。所以，样本内孢粉类型的潜在多样性意味着如果与比对样本中孢粉组合相似，则可以作为有力的关联证据。

例如，发生在新西兰的1个案例[34]，在高山地区发现了一具被枪杀的尸体，经侦查初步确认了犯罪嫌疑人，但嫌疑人并不承认去过案发地，从嫌疑人和受害人衣物上分别提取到的孢粉样本组合类型一致，都含有高海拔植物银叶山毛榉的孢粉。经调查确认，嫌疑人居住在沿海地区，除了一些植物园，嫌疑人居住的城市没有银叶山毛榉，嫌疑人并没有去过这些植物园或附近地方，据嫌疑人交代去过的一些其他地区也并没有银叶山毛榉。嫌疑人与被害人衣物上类似的孢粉组合，为本案提供了重要证据，推翻了嫌疑人前期的供述，因此嫌疑人在法庭上改变了他的说法，承认曾经去过尸体被发现的地方。在本案中，孢粉学证据就证明了嫌疑人与犯罪之间的重要潜在联系。

3.3 反驳证据

根据特定环境中植物的授粉类型，可以预估从犯罪现场区域内采集的样本会有类似的孢粉组合。因此，缺乏特定的孢粉组合就说明与犯罪现场关联的令人信服的证据缺乏。成功的法医学案例通常是利用法庭科学来引导调查人员找到罪犯，或将被告与犯罪联系起来。法医学的一个重要的作用是正确分辨无辜的嫌疑人与罪犯。孢粉学证据在这方面起着至关重要的作用。即使所观察到的孢粉组合与对照样本明显一致，但作为专家证人，孢粉学家还要力争证据的确定性。例如，警方认为某嫌疑人与大麻种植园之间存在关联，将属于嫌疑人的大麻样本与大麻种植园环境中的孢粉组合进行比较，可以帮助确定嫌疑人和种植园之间是否存在关联[22]。

孢粉学除了排除嫌疑人，还可以帮助反驳嫌疑人不在场证明。如案例中[35]，受害人声称自己是在一个小巷中被强奸的，但是犯罪嫌疑人并不承认去过小巷并发生过性行为，对于衣服上的泥土，供述是从距小巷7 m远的车道旁蹭的。经对嫌疑人衣物、小巷、车道土壤样本中的孢粉组合进行分析，三个样本确实存在一些相似性，但是孢粉的百分比和种类存在显著差异。来自嫌疑人衣服的土壤样本中，孢粉组合与来自小巷的土壤样本极为相似。这一证据强烈支持了受害者的说法，即所有犯罪行为都发生在小巷。

4 孢粉样本在法庭科学中的应用

孢粉较作为法医学证据的其他生物来源具有更重要的意义。孢粉的重要性在于其很小，肉眼几乎看不到，罪犯并没有意识从犯罪现场获取了孢粉，而且孢粉样品可以从各种来源中收集，包括人的衣物、头发，车辆的轮胎、空气过滤器以及灰尘、泥土等。

（1）泥土

一名犯罪嫌疑人在抢劫时丢弃了一辆摩托车，随后在泥泞的道路上被追赶，最终步行逃跑了。1d后，一名男子到当地警察局去认领那辆摩托车，声称是从他那里偷走的。警方怀疑索赔人就是前一天丢弃摩托车的小偷。但他坚持从来没有靠近过这条泥泞的小道，只是以前偶尔去过附近的一条类似小道。从嫌疑人的靴子、两条小道和他所居住的农场采集了泥土样本，发现嫌疑人靴子上的泥土样本与追捕小偷留下的足迹中的泥土样本的孢粉组合相匹配[3]。

（2）织物

一名男子在澳大利亚昆士兰南部的一条河流附近遭到袭击。受害者和嫌疑人都滚进了河里，但嫌疑人坚称自己并没有去过河流附近。对受害者和嫌疑人的衣服进行分析后发现，两者具有相同的孢粉组合，这种组合与在落水区采集的对照样本中发现的藻囊和其他孢粉形态也一致。当出示这一植物学证据时，这名男子承认实施了袭击[5]。

（3）绳子、地毯、毛皮以及头发等纤维

新西兰一农场的300只羊被盗。一周后，一位住在北边的农民卖掉了350只羊。这件事非常可疑，因为他的农场不够大，养不了那么多羊。失主检查了待售的羊，认为这些羊来自他的农场，但没有任何标识可证明。因此，从几只羊的背部和头顶剪下羊毛，进行孢粉分析。从羊被偷的第一个农场和卖羊人的第二个农场的土壤中采集对照样本。羊毛的孢粉组合与来自第一个农场的对照样本相匹配。这一植物学证据有助于支持第一个农场主对羊的所有权[4]。

（4）毒品

一户人家经常在新西兰各地买卖农场地产，有人怀疑他们参与了大麻的水培种植。警方搜查了他们的房产与农场，发现了一个水培大麻种植项目。对这家人过去5年拥有的农场建筑灰尘进行孢粉分析，也显示了有大麻孢粉的存在。当局根据他们过去和现在生产大麻的总收入估计，查封了他们的财产。

又如纽约警方查获了一批500 g的可卡因，通过对孢粉进行分析，以期为其地理来源和运输路线提供线索。样品中有3组明显不同的孢粉。其中一组孢粉组合代表生长在玻利维亚和哥伦比亚的植物，这些植物无疑是在采集古柯叶并加工成古柯叶糊的过程中与样本混合在一起的。第二组孢粉组合来自只生长在北美少数地区的树木，可卡因一定是在这些地区之一被切割和包装的。最后一组孢粉组合代表通常生长在纽约空地上的杂草，在那里他们很可能被再次切割、包装和分配。通过孢粉分析，有助于推断毒品的来源地、加工地以及运输路线[16]。

5 法医孢粉学应用前景

关于孢粉证据在法庭科学中的成功应用，已有不少案例报道，然而这种证据类型在大多数国家并未得到充分利用。如果对法医孢粉学给予足够的重视，许多食品掺假案件，以及强奸、谋杀、绑架等案件都可能较为容易地解决。相信随着科学的进步与推广，法医孢粉学将会在国际上获得更大的认可。