王秋玲,陳彬,王文全,張昭,李標(biāo)*,魏建和*
(1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥用植物研究所,北京 100193;2.上海辰山植物園,上海 201602)
·專論·
中國(guó)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)△
王秋玲1,陳彬2,王文全1,張昭1,李標(biāo)1*,魏建和1*
(1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥用植物研究所,北京 100193;2.上海辰山植物園,上海 201602)
中國(guó)眾多的藥用植物遷地保護(hù)機(jī)構(gòu)已經(jīng)收集和保存了大量的藥用植物種質(zhì)資源。本研究在分析各類保存資源現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,利用數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中國(guó)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)信息管理系統(tǒng),用于管理具有憑證信息的全國(guó)藥用植物遷地保護(hù)信息,同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同遷地保護(hù)單位獨(dú)立管理、多途徑訪問(wèn)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能,可為各單位合理布局藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)工作,以及各級(jí)管理相關(guān)行業(yè)管理部門提供決策參考。
藥用植物種質(zhì)資源;遷地保護(hù);信息管理系統(tǒng)
藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)工作具有重要意義,是資源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)利用重要途徑之一[1-4]。多年來(lái),我國(guó)建立了大批專門的遷地保護(hù)單位或部門,資源保護(hù)的形式主要包括各大藥用植物園進(jìn)行引種栽培保存,及利用低溫保存技術(shù)進(jìn)行離體保存的種質(zhì)庫(kù),保存材料包括活體植株、種子和其他遺傳信息載體等[5]。各遷地保護(hù)單位擁有各自不同形式的保存資源信息,有的還進(jìn)行了數(shù)字化管理。以中國(guó)科學(xué)院西雙版納植物園、武漢植物園及華南植物園為代表的保護(hù)單位,共建了信息龐大的植物園主題數(shù)據(jù)庫(kù),其中雖有大量藥用植物,但尚無(wú)針對(duì)藥用植物資源特點(diǎn)的主題數(shù)據(jù)庫(kù),且覆蓋單位有限。
我國(guó)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)的整體信息還未能被掌握。究竟有多少物種已經(jīng)得到保護(hù)?還有哪些被遺漏?分散的保護(hù)單位空間布局是否合理?特別是針對(duì)瀕危藥用植物種質(zhì)資源,是否達(dá)到了有效的保護(hù)數(shù)量?是否存在過(guò)度重復(fù)保護(hù)?引種保存的效果如何?系列問(wèn)題都有待信息被全面掌握后進(jìn)行判斷和決策。為此,中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所在已建立國(guó)家藥用植物園體系的基礎(chǔ)上,建設(shè)首個(gè)“中國(guó)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)信息管理系統(tǒng)”,逐步收集全國(guó)藥用植物遷地保護(hù)機(jī)構(gòu)的物種信息,可為各單位合理布局藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)工作,以及各級(jí)管理相關(guān)行業(yè)管理部門提供決策參考?,F(xiàn)將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和進(jìn)展報(bào)告如下。
(1)遷地保護(hù)資源管理功能:在遷地保護(hù)資源的類型中,活體栽培資源的管理最為復(fù)雜。藥用植物在引種入園后,除了最開(kāi)始的引種信息記錄,常常還需要累年進(jìn)行移栽、擴(kuò)繁、栽培管理,及不定期盤點(diǎn)存活現(xiàn)狀等工作,全程信息的記錄工作量較大。因此,本系統(tǒng)首次對(duì)遷地保護(hù)活體栽培藥用資源的數(shù)字化管理過(guò)程進(jìn)行了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),以便捷的操作方式,實(shí)現(xiàn)管理過(guò)程產(chǎn)生信息的全程數(shù)字化憑證記錄。對(duì)于管理過(guò)程中信息相對(duì)簡(jiǎn)單的離體材料,開(kāi)發(fā)獨(dú)立于活體資源的管理系統(tǒng)。最終實(shí)現(xiàn)不同機(jī)構(gòu)對(duì)各自遷地保護(hù)資源獨(dú)立、便捷的管理功能。
(2)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)信息共享功能:不同機(jī)構(gòu)上傳的遷地保護(hù)資源信息,在系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)化整合后,將為網(wǎng)絡(luò)所有訪問(wèn)者提供保護(hù)信息查詢功能,查詢內(nèi)容包括我國(guó)藥用植物遷地保護(hù)資源總量,具體物種在不同機(jī)構(gòu)的保存信息,以及該物種的藥用背景信息。這可為科研工作者提供科研和交流服務(wù),為各級(jí)管理部門提供藥用植物種質(zhì)資源保護(hù)與利用等方面的決策信息。
(3)面向公眾科普功能:系統(tǒng)的網(wǎng)頁(yè)查詢界面還設(shè)計(jì)了藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)行業(yè)信息、參觀攻略、養(yǎng)生體驗(yàn)和成果分享欄目,作為面向公眾普及藥用植物種質(zhì)資源保護(hù)知識(shí)的平臺(tái)。公眾還可通過(guò)手機(jī)終端,在進(jìn)行藥用植物園參觀時(shí),現(xiàn)場(chǎng)掃描二維碼查詢物種信息,并通過(guò)關(guān)注微信公眾號(hào),隨時(shí)隨地查詢資源信息及相關(guān)資訊。
可靠與穩(wěn)定性——設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不會(huì)因局部故障導(dǎo)致全系統(tǒng)癱瘓,并可保證長(zhǎng)時(shí)間不間斷正常工作。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定運(yùn)行,出現(xiàn)卡機(jī)、死機(jī)、斷網(wǎng)等情形的概率低,并且恢復(fù)速度快,信息保存時(shí)間長(zhǎng),查詢速度快捷、穩(wěn)定。
操作實(shí)用性——系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)保護(hù)資源管理時(shí),對(duì)于信息的收集和上傳應(yīng)具有便捷、高效的優(yōu)勢(shì);在管理界面保證不具備專業(yè)計(jì)算機(jī)知識(shí)的人經(jīng)過(guò)短期培訓(xùn)即能較快的完成所需操作。
可擴(kuò)展性——系統(tǒng)的功能及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性,日后可根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)容及相關(guān)功能子模塊的不斷擴(kuò)充。
3.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 基于Species2000、Flora of China、《中國(guó)中藥資源叢書(shū)》、《世界藥用植物速查辭典》、《中國(guó)民族藥志》、《中國(guó)物種紅色名錄》、《中國(guó)植物紅皮書(shū)》、《瀕危動(dòng)植物國(guó)際貿(mào)易公約(CITIES)》、《中國(guó)國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄(第一批)》、《國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生藥材物種名錄》,及我國(guó)各省物種保護(hù)名錄等資料,整理匯集含46 203種世界藥用植物接受名、異名、中文名、中文別名、藥用部位、常用功效及各民族用藥信息、瀕危保護(hù)等級(jí)等信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。
3.1.2 遷地保護(hù)物種信息 將管理的種質(zhì)資源對(duì)象,按照物種、保存機(jī)構(gòu)該物種、種質(zhì)、植株個(gè)體的4個(gè)邏輯管理層次,進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息的收集、錄入和展示。植株個(gè)體作為最小管理單元,收集信息包括編號(hào)、物種鑒定信息、圖像憑證、引種信息、保存位置、遷地管理信息和條碼更換信息,每類信息具體包括內(nèi)容見(jiàn)表1。
表1 中國(guó)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)活體植物株信息內(nèi)容
3.1.3 其他多源異構(gòu)型遷地保護(hù)信息 該類信息已設(shè)置包括不同機(jī)構(gòu)所建種質(zhì)庫(kù)、DNA庫(kù)、憑證臘葉標(biāo)本庫(kù)和藥用真菌庫(kù)信息。由于不同機(jī)構(gòu)均已建有不同字段形式的信息庫(kù),數(shù)據(jù)庫(kù)在建設(shè)時(shí)綜合抽提關(guān)鍵信息字段作為收集、展示內(nèi)容,并且為未來(lái)調(diào)整字段提供用戶自定義修改入口。
以現(xiàn)場(chǎng)影像和精確坐標(biāo)作為保存資源的憑證信息,是最為便捷和有效的形式。然而,目前已有的藥用植物遷地保護(hù)機(jī)構(gòu)中,極少開(kāi)展了物種坐標(biāo)定位與現(xiàn)場(chǎng)影像匹配工作。大量機(jī)構(gòu)保存有物種的圖像資料,卻很難進(jìn)行定位,原因在于傳統(tǒng)的精確定位依靠坐標(biāo)儀逐一繪圖標(biāo)定,操作費(fèi)時(shí)且費(fèi)用較高,加之保存的草本物種常需移栽管理,再次定位困難。隨著手持式GPS設(shè)備的普及,利用成本約幾百元的軌跡儀,根據(jù)照相機(jī)記錄拍攝時(shí)間,可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)影像與精確位點(diǎn)信息的高效采集(圖1)[5]。
圖1 遷地保護(hù)資源憑證信息獲得方法示意圖
系統(tǒng)根據(jù)功能的需要,設(shè)計(jì)了三個(gè)訪問(wèn)入口,分別是電腦終端IE訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)、手機(jī)二維碼掃碼查詢網(wǎng)頁(yè)和微信公眾號(hào)界面(圖2)。后臺(tái)管理入口均為電腦終端IE訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)。鑒于各藥用植物園物種清查工作需要進(jìn)行后期協(xié)作鑒定,與種質(zhì)庫(kù)、DNA庫(kù)等其他庫(kù)體的信息采集工作存在較大差異,系統(tǒng)將藥用植物園與多源異構(gòu)型信息管理系統(tǒng)分別設(shè)置了管理入口。不同保存單位在注冊(cè)獲得獨(dú)立的登錄賬戶后,獨(dú)立對(duì)本單位的信息進(jìn)行管理。對(duì)于門戶信息的管理及注冊(cè)單位權(quán)限設(shè)置,單獨(dú)在查詢主頁(yè)設(shè)置最高權(quán)限的管理賬戶。
注:A.IE訪問(wèn)入口界面;B.手機(jī)二維碼掃碼查詢網(wǎng)頁(yè);C.微信公眾號(hào)搜索界面圖2 中國(guó)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)信息管理系統(tǒng)公眾訪問(wèn)界面
3.4.1 常規(guī)內(nèi)容管理系統(tǒng) 基于成熟的內(nèi)容管理系統(tǒng)(Content Management System,CMS系統(tǒng)),根據(jù)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的需求進(jìn)行定制開(kāi)發(fā),包括前臺(tái)和后臺(tái),提供用戶注冊(cè)、認(rèn)證、個(gè)人信息維護(hù)、欄目定制、文章數(shù)據(jù)編輯管理和展示等功能。欄目設(shè)置包括組織機(jī)構(gòu)、歷史背景、工作動(dòng)態(tài)、科研成果、藥用植物科普養(yǎng)生等方面的圖文和多媒體信息,并支持附件上傳和下載。
3.4.2 分類學(xué)名稱和分類系統(tǒng)專業(yè)數(shù)據(jù)管理 采用MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù),建立學(xué)名(拉丁名)、俗名(中文名)數(shù)據(jù)表,并建立接受名和異名、推薦使用的中文名和常見(jiàn)中文別名間的一對(duì)多關(guān)系,通過(guò)名稱以及名稱間復(fù)雜關(guān)系的存儲(chǔ)、編輯維護(hù)功能,對(duì)所有項(xiàng)目搜集整理的46 203種藥用植物名稱信息進(jìn)行管理,隨時(shí)更新維護(hù);通過(guò)分類系統(tǒng)樹(shù)及分類樹(shù)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)、編輯維護(hù)功能,為整個(gè)系統(tǒng)其他模塊的數(shù)據(jù)管理提供分類學(xué)框架信息支持;通過(guò)邀請(qǐng)專家參與審核和維護(hù)數(shù)據(jù),可以收錄最新的名稱數(shù)據(jù)并隨時(shí)發(fā)現(xiàn)和修正錯(cuò)誤,保障信息系統(tǒng)的學(xué)術(shù)水準(zhǔn)。
3.4.3 多元異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)整合管理 提供通用的web可視化數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)定制管理、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)增刪改查等基礎(chǔ)功能體系,包括后臺(tái)管理維護(hù)界面和前臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)信息查詢服務(wù)界面。用戶可以用此模塊快速發(fā)布所需的個(gè)性化數(shù)據(jù)庫(kù)。
3.4.4 基于客觀憑證體系的藥用植物園在地活植物管理 準(zhǔn)確可靠地、經(jīng)常性地對(duì)園區(qū)活植物進(jìn)行盤點(diǎn)和編目是藥用植物園的基本工作。然而由于植物不斷引種和死亡,以及人員動(dòng)態(tài)變化,活植物盤點(diǎn)工作往往難以獲得可靠憑證信息,影響盤點(diǎn)工作的成效。本系統(tǒng)支持以數(shù)碼照片為憑證的植物園在地植物快速調(diào)查方案[6],支持?jǐn)?shù)碼憑證照片的批量上傳、自動(dòng)化制作縮略圖、打水印、分類存儲(chǔ),提供圖片瀏覽權(quán)限的分級(jí)控制。在照片上傳過(guò)程,自動(dòng)提取文件名、采集時(shí)間、作者等信息,通過(guò)批量設(shè)置調(diào)查地點(diǎn)、調(diào)查人員等方式,建立憑證照片數(shù)據(jù)庫(kù),形成具體時(shí)間地點(diǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)集、個(gè)人數(shù)據(jù)空間、全站數(shù)據(jù)空間三級(jí)憑證數(shù)據(jù)組織管理體系。
根據(jù)調(diào)查憑證照片中的活植物條形碼和物種名稱信息,由系統(tǒng)自動(dòng)提取分析,建立物種分類系統(tǒng)、引種登記號(hào)、活植物管理編號(hào)三級(jí)憑證數(shù)據(jù)管理體系,用戶可以在不改動(dòng)活植物編號(hào)的情況下,方便地在網(wǎng)站上修改每棵活植物所屬的引種登記號(hào)、物種名稱等屬性信息。
為了更直觀地展示植物園在地植物的空間分布,系統(tǒng)提供將數(shù)碼照片、GPS坐標(biāo)、調(diào)查數(shù)據(jù)相整合生成kmz谷歌地球地圖數(shù)據(jù)的功能,用戶可以從網(wǎng)站下載kmz地圖文件,雙擊在谷歌地球中打開(kāi),進(jìn)而在衛(wèi)星圖上查看植物園活植物的空間分布、照片等信息,并可以在谷歌地球上對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)一步整理校正,提高定位精度。
3.4.5 基于憑證體系、與分類學(xué)名稱及分類系統(tǒng)密切結(jié)合的互動(dòng)鑒定系統(tǒng) 基于數(shù)碼照片、精確的空間坐標(biāo)以及園區(qū)在地活植物的各種屬性信息,調(diào)查人員、全國(guó)各地分類學(xué)專家和志愿者都可以參與的遠(yuǎn)程物種鑒定功能,形成物種鑒定合作。物種鑒定方式共設(shè)計(jì)了三種:
①調(diào)查人將調(diào)查憑證照片按物種名稱重命名后上傳到系統(tǒng)中,系統(tǒng)從文件名里自動(dòng)識(shí)別鑒定信息,通過(guò)和物種名稱數(shù)據(jù)庫(kù)的匹配獲取詳細(xì)物種信息,生成包含科屬種信息、鑒定人信息和鑒定時(shí)間的完整物種鑒定電子標(biāo)簽;
②憑證照片上傳到系統(tǒng)中后,國(guó)內(nèi)外鑒定人員可以在網(wǎng)絡(luò)上瀏覽每張憑證照片,針對(duì)每張照片進(jìn)行單獨(dú)在線鑒定,鑒定時(shí)可以使用中文名或拉丁名,當(dāng)存在同名異物、同物異名等問(wèn)題時(shí),給出提示,供鑒定人選擇判斷;
③憑證照片上傳到系統(tǒng)中后,在網(wǎng)絡(luò)上瀏覽憑證照片列表,選定若干照片之后,進(jìn)行批量鑒定。批量鑒定時(shí)的名稱問(wèn)題解決方法同單張鑒定。
每張憑證照片的每個(gè)鑒定意見(jiàn)都保留,按時(shí)間排序,形成鑒定歷史,為物種的進(jìn)一步鑒定提供參考。
3.4.6 自動(dòng)化物種編目系統(tǒng) 根據(jù)憑證照片的物種鑒定,系統(tǒng)自動(dòng)為每批次的調(diào)查數(shù)據(jù),及全部的調(diào)查數(shù)據(jù)生成物種清單,統(tǒng)計(jì)科屬種的數(shù)量并進(jìn)行分類管理,協(xié)助摸清各遷地保護(hù)單位的資源本底。物種名錄隨著物種鑒定的進(jìn)行而自動(dòng)更新。
根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)的物種鑒定,自動(dòng)生成按照生物界、科、屬、種等階元關(guān)系整理匯總的分類系統(tǒng)樹(shù),并將憑證照片根據(jù)其鑒定信息匯總到分類系統(tǒng)樹(shù)的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上,形成調(diào)查數(shù)據(jù)的分類整理和重新組織。
分類系統(tǒng)樹(shù)以及憑證照片的組織可以根據(jù)照片的物種鑒定信息自動(dòng)更新。此功能與在線鑒定相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)物種鑒定能力的積累和互補(bǔ)。各遷地保護(hù)單位的實(shí)地調(diào)查人員對(duì)植物進(jìn)行粗略鑒定之后,由系統(tǒng)自動(dòng)化進(jìn)行整理組織,照片自動(dòng)掛到比較粗略分類的節(jié)點(diǎn)上。各類群分類專家進(jìn)而在那些節(jié)點(diǎn)上集中進(jìn)行更精細(xì)的物種鑒定,最終實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確鑒定。
3.4.7 多途徑手機(jī)終端查詢服務(wù)系統(tǒng) 基于調(diào)查數(shù)據(jù)、物種鑒定信息、相關(guān)科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)中的資料,建立在地活植物數(shù)據(jù)庫(kù),進(jìn)而為每個(gè)編號(hào)的在地植物建立獨(dú)立網(wǎng)頁(yè)。在植物園區(qū)現(xiàn)場(chǎng),可以通過(guò)掃描標(biāo)簽上的二維碼訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)或者使用微信公眾號(hào)對(duì)話框查詢物種信息。
綜合前述內(nèi)容,繪制藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)信息管理數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖3所示。
圖3 中國(guó)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
截至目前,中國(guó)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)信息管理系統(tǒng)的核心功能已經(jīng)完成建設(shè),初步開(kāi)展了國(guó)家藥用植物園體系內(nèi)18家遷地保護(hù)單位的數(shù)據(jù)采集和試運(yùn)行工作,系統(tǒng)運(yùn)行良好。已收集上傳活體植株保存信息17 240條(已在線鑒定物種2878種),離體保存種子信息2289條、DNA信息3583條、內(nèi)生真菌信息302條,以及憑證標(biāo)本信息98條。該系統(tǒng)將面向全國(guó)遷地保護(hù)單位無(wú)償提供便捷的信息管理平臺(tái),匯總形成動(dòng)態(tài)的全國(guó)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護(hù)信息。
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DesignandImplementationofEx-situConservationInformationManagementSystemforChineseHerbalMedicinalPlantGermplasm
WANG Qiuling1,CHEN Bin2,WANG Wenquan1,ZHANG Zhao1,LI Biao1*,WEI Jianhe1*
(1.InstituteofMedicinalPlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalSciences&PekingUnionMedicalCollege,Beijing100193,China;2.ShanghaiChenshanBotanicalGarden,Shanghai201602,China)
There were many medicinal plantex-situconservation units which have collected and preserved a large number of germplasm resources of medicinal plant in China. Based on the analysis of the status of various types of preservation resources,we designed a medicinal plant resourcesex-situconservation information management system with database and network information technologies to manage vouchered plant conservation information,aiming to support different units to independently manage their own data,to offer multi-channel access query,data statistics and other functions,and help different units to better design their medicinal plant resourcesex-situconservation work,and provide decision-making supports to all levels of management-related departments.
Germplasm resources of medicinal plant;ex-situconservation;information management system
10.13313/j.issn.1673-4890.2017.9.001
中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2016-I2M-2-003)
*
李標(biāo),研究員,研究方向:藥用植物園建設(shè);Tel:(010)57833190,E-mail:bli@implad.ac.cn;
魏建和,研究員,研究方向:藥用植物基因資源、分子育種及次生代謝產(chǎn)物調(diào)控研究;Tel:(010)57833016,E-mail:wjianh@263.net
2017-04-11)