廣西靖西端午節(jié)藥市民族藥用植物數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

羅斌圣 郭志永 陳賢毅 谷榮輝 劉博 龍春林

摘 要：藥用植物數(shù)據(jù)庫的建立與相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘，對民族藥物學(xué)的研究具有重要意義。該研究在頂層設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對廣西靖西端午節(jié)藥市及周邊地區(qū)實(shí)地調(diào)查時(shí)獲得的藥用植物標(biāo)本和照片進(jìn)行形態(tài)學(xué)特征、藥用價(jià)值、民族傳統(tǒng)利用方式等信息的整理，由此設(shè)計(jì)和建立開放的民族藥用植物數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。主要應(yīng)用Microsoft Office Access和Java編程對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、查詢和統(tǒng)計(jì)，通過提取藥用植物特征的不同權(quán)值來計(jì)算不同科屬和類別之間的相似度。結(jié)果表明：該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能以柱狀圖或餅狀圖的形式將數(shù)據(jù)之間的關(guān)系直觀地展示出來，從而反映出各種植物特征和各種功能屬性之間的聯(lián)系。同時(shí)該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還可以用于數(shù)據(jù)的管理、檢索和查詢相關(guān)民族藥用植物的背景資料、藥用價(jià)值等信息，并能進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析，有利于挖掘數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)新線索。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫，民族藥物學(xué)，民族植物學(xué)，藥用植物，傳統(tǒng)藥用知識

中圖分類號：Q949.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-3142（2018）05-0560-08

Abstract：Database system establishing and data mining of traditional medicinal plants are beneficial for ethnopharmacological researches. On the basis of top-level design，we firstly systemized the relevant information of medicinal plants collected in the medicinal market during the Dragon-Boat Festival in Jingxi County，Guangxi，Southwest China. The information included morphological information，medicinal value，traditional usages and others of medicinal plants. By using Microsoft Office Access and Java Programming，an open database system was designed and built. Except for some simple algorithm of query and statistics，we extracted and calculated different weight values from different features of medicinal plants so that we could investigate the relationship among different types of medicinal plants. The results of analysis can be displayed directly as bar charts and pie charts. This database system can not only be used for efficient search on information of medicinal plants，but also profoundly do some statistical analysis to greatly increase the possibility of knowledge discovery from this database.

Key words：database，ethnopharmacology，ethnobotany，medicinal plants，traditional medicinal knowledge

大量的民族藥數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和發(fā)展，尤其通過互聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)現(xiàn)共享服務(wù)，不僅有利于記錄和保護(hù)某一民族或地方性藥用植物的傳統(tǒng)知識，也能促進(jìn)民族藥物學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域的研究，而且能直接服務(wù)于民族藥的保護(hù)規(guī)劃和有效管理 （馬克平，2014； 張柳馨，2003； 陳林偉等，2014 ）。不同行業(yè)對數(shù)據(jù)庫的需求存在一定的差異，就民族藥數(shù)據(jù)庫而言，更追求實(shí)用性，主要服務(wù)于醫(yī)藥衛(wèi)生、藥用植物等專門領(lǐng)域，趨于解決實(shí)際問題 （陳穎等，2010； 孟慶安，2011）。我國現(xiàn)有許多與民族藥相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，包括中國中醫(yī)藥數(shù)據(jù)庫（Traditional Chinese Medical Database System）、民族藥信息服務(wù)系統(tǒng)（China Ethnomedicine Information Service System）、中國植物物種信息數(shù)據(jù)庫（Scientific Database of China Plant Species）等，都是數(shù)據(jù)量較大、國內(nèi)學(xué)者所常用的民族藥數(shù)據(jù)庫。目前，民族藥數(shù)據(jù)庫普遍存在設(shè)計(jì)不合理、操作復(fù)雜、無法挖掘數(shù)據(jù)等情況，其數(shù)據(jù)也多摘抄于不同民族現(xiàn)有的醫(yī)藥典籍，并非來源于學(xué)者本身的實(shí)地調(diào)查或考證，數(shù)據(jù)庫本身也無法被研究者用于野外實(shí)地調(diào)查。因此，本研究試圖從民族藥物學(xué)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)思路和數(shù)據(jù)挖掘角度，探討實(shí)用型民族藥數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和應(yīng)用。

民族藥物學(xué)（Ethnopharmacology）是一門研究某一族群利用動(dòng)植物、礦物等天然藥物進(jìn)行醫(yī)療保健的相關(guān)傳統(tǒng)知識的綜合性學(xué)科，其研究方法涉及到了民族植物學(xué)、人類學(xué)、植物化學(xué)、藥理學(xué)、藥劑學(xué)等不同專業(yè)（de Smet & Rivier，1989； 淮虎銀等，2000）。民族藥是久經(jīng)歷史考驗(yàn)的寶貴財(cái)富，相關(guān)研究還可能為新藥的研究與開發(fā)提供線索，大大縮短人類開發(fā)新藥的周期，加之研究民族藥對傳統(tǒng)知識的傳承與保護(hù)也具有重要意義，因此民族藥在世界范圍內(nèi)受到了極大的關(guān)注（Farnsworth，1993； 裴盛基，2000）。

然而在民族藥物學(xué)研究的過程中，需要采用民族植物學(xué)等方法對藥用植物相關(guān)的傳統(tǒng)知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行記錄、整理和編目（淮虎銀等，2000）。如果在這一環(huán)節(jié)利用數(shù)據(jù)庫，不僅可以更高效、安全地對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和保存，還能對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和挖掘，以增加發(fā)現(xiàn)有價(jià)值線索的可能性（圖1）。因此，對獲得的傳統(tǒng)藥用植物信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和挖掘，十分有利于民族藥物學(xué)研究。

本研究以建立廣西靖西端午節(jié)藥市藥用植物數(shù)據(jù)庫為例，基于在靖西藥市和當(dāng)?shù)貙?shí)地調(diào)查所獲得的數(shù)據(jù)，探索該模式在民族藥物學(xué)研究中起到的作用，并為其今后的研究走向信息化、高效化提供思路。

1 藥用植物數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 藥用植物數(shù)據(jù)庫來源——廣西靖西端午節(jié)藥市

廣西靖西端午節(jié)藥市指的是在端午節(jié)這一天，當(dāng)?shù)夭葆t(yī)、藥農(nóng)和村民將自己采集或栽培的草藥在靖西縣城專門的集市上交易，形成了一個(gè)草藥交易和傳統(tǒng)壯族醫(yī)藥知識相互交流的平臺（楊春燕等，2009； 黃玉綠等，2013）。本研究團(tuán)隊(duì)自2006年至2014年曾9次到靖西端午節(jié)藥市及周邊地區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，對藥市的交易者和當(dāng)?shù)夭葆t(yī)、藥農(nóng)等相關(guān)人士進(jìn)行訪談，完成了對藥用植物的采集、識別等工作。同時(shí)對植物的藥用部位、用途、用量等信息進(jìn)行了詳細(xì)記錄，運(yùn)用植物分類學(xué)、植物資源學(xué)等方法整理和鑒定標(biāo)本，并對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。此外，我們還對藥用植物信息進(jìn)行查閱、完善和錄入，其信息主要來源于《中國植物志》、Flora of China、《云南植物志》《中國民族藥志要》《中國中藥資源志要》等較為權(quán)威的書籍，以及互聯(lián)網(wǎng)上的Web of Science、“維普數(shù)據(jù)庫”“萬方數(shù)據(jù)庫”和“中國植物物種信息數(shù)據(jù)庫”。經(jīng)調(diào)查與鑒定：我們一共獲得了564種壯族使用的藥用植物信息，這564種藥用植物隸屬于129科409屬，并收錄在本數(shù)據(jù)庫中。

1.2 開發(fā)平臺

該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立使用了Java語言的jdk1.7版本，開發(fā)環(huán)境為Windows操作系統(tǒng)的NetBeans IDE 7.0；其運(yùn)行環(huán)境為Windows 7 和 MacOS X以上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

1.3 數(shù)據(jù)庫模型建立

本民族藥數(shù)據(jù)庫的建立模型簡明清晰（圖2）：數(shù)據(jù)主要來源于對靖西藥市的實(shí)地考察，并通過文獻(xiàn)資料進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)充；再以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立合適的數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、查詢和分析。所有數(shù)據(jù)主要按照以下類別進(jìn)行分類并錄入在不同的表中，分別是：植物名（含中文名、當(dāng)?shù)孛?、學(xué)名、科名、屬名），功能主治（壯醫(yī)理論、西醫(yī)理論、中醫(yī)理論），藥用部位，藥性，生境，分布，形態(tài)學(xué)特征，化學(xué)成分，花期果期等。如圖3所示，各類數(shù)據(jù)類型通過植物的學(xué)名作為紐帶，相互關(guān)聯(lián)，并且該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也是通過學(xué)名來識別和調(diào)取不同表單中的信息進(jìn)行展示、統(tǒng)計(jì)和分析的。

數(shù)據(jù)庫的功能設(shè)計(jì)主要依照模塊化設(shè)計(jì)原理來實(shí)現(xiàn)。模塊化設(shè)計(jì)是按照一定的原則劃分成一些較小、相互關(guān)聯(lián)而功能相對獨(dú)立的模塊，每個(gè)模塊完成一個(gè)具體的子功能。這樣可以使得整個(gè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上結(jié)構(gòu)清晰，且便于每一部分實(shí)現(xiàn)。為此，我們將本系統(tǒng)分為以下功能模塊：（1）系統(tǒng)查詢模塊：主要為用戶通過關(guān)鍵字、詞對藥用植物進(jìn)行精確或模糊查詢。（2）信息展示模塊：主要用于顯示每種藥用植物的詳細(xì)信息，其中包括照片、生境、形態(tài)學(xué)特征、藥性和藥用功能等。（3）統(tǒng)計(jì)分析模塊：本模塊是利用不同算法，對不同類型的藥用植物數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)或交叉分析和統(tǒng)計(jì)，還可以以地域?yàn)閱挝贿M(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可用于挖掘潛在有價(jià)值信息。（4）數(shù)據(jù)管理模塊：主要是對藥用植物的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行修改、添加以及刪除。

1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1.4.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)首頁 該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要采用白色，顯得溫和內(nèi)斂。主界面采用了選項(xiàng)卡的模式，頂部為不同功能模塊的選項(xiàng)卡，可根據(jù)用戶不同功能需求來選擇操作（圖4）。

1.4.2 查詢模塊和信息展示模塊 該模塊的功能主要是幫助用戶對目標(biāo)植物進(jìn)行檢索和詳細(xì)信息的查閱。在首頁點(diǎn)擊“查詢”選項(xiàng)卡，即會(huì)跳轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)管理模塊界面，在搜索欄里輸入查詢目標(biāo)關(guān)鍵字、詞即可進(jìn)行查詢。圖5為精確查詢和模糊查詢的舉例。直接在搜索欄輸入藥用植物的當(dāng)?shù)孛熬殴?jié)風(fēng)”，搜索結(jié)果顯示所得到的藥用植物為金粟蘭科的草珊瑚（“九節(jié)風(fēng)”即為在藥市上所記錄的草珊瑚的當(dāng)?shù)孛?，直接通過該植物的拉丁名進(jìn)行精確搜索，也能得到相同結(jié)果。若在搜索欄中輸入“豆”，結(jié)果則會(huì)出現(xiàn)名字中包括“豆”的所有藥用植物，用戶可進(jìn)一步進(jìn)行篩選來選擇目標(biāo)藥用植物。

在進(jìn)行目標(biāo)植物查詢后，可直接在查詢界面的信息顯示欄直接點(diǎn)擊目標(biāo)植物，便會(huì)從查詢界面轉(zhuǎn)入植物的詳細(xì)信息展示界面，顯示出植物的照片及信息。圖6為穿心草 （Canscora lucidissima）的詳細(xì)信息展示；點(diǎn)擊導(dǎo)出，還可將該藥用植物相關(guān)信息以html的格式導(dǎo)出，方便復(fù)制和粘貼。

1.4.3 統(tǒng)計(jì)分析模塊和地域統(tǒng)計(jì)模塊 該模塊的功能在于幫助用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析藥市中藥用植物的相關(guān)信息。在首頁點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)”選項(xiàng)卡，即會(huì)跳轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析界面。大部分現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫都是單純地對植物數(shù)據(jù)進(jìn)行羅列，而本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加入了一些統(tǒng)計(jì)和交叉分析功能，以便用戶能進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)。而且，選擇信息展示欄的“圖片”選項(xiàng)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還可以柱形圖的形式直觀地表現(xiàn)出來。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要采用了2種統(tǒng)計(jì)策略：單表統(tǒng)計(jì)分析和多表交叉統(tǒng)計(jì)分析。

單表統(tǒng)計(jì)策略指的是針對藥用植物某一類信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在統(tǒng)計(jì)分析界面中選擇左邊一欄的任意一種的目的信息即可對該類信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。圖7為單表統(tǒng)計(jì)的植物分科統(tǒng)計(jì)和藥用部位統(tǒng)計(jì)示例，數(shù)據(jù)庫能將靖西藥市中所有藥用植物所出現(xiàn)的植物分科與藥用部位分布情況進(jìn)行羅列，并能夠通過圖片形式呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。同樣地，用戶還能以藥性、功能主治、毒性、不同形態(tài)學(xué)特征等作為篩選的條件。

多表統(tǒng)計(jì)策略主要指的是對兩類或者兩類以上的數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉統(tǒng)計(jì)，通過提取藥用植物特征的不同權(quán)值來計(jì)算不同科屬和類別之間的相似度。這樣的統(tǒng)計(jì)分析方式相較單表統(tǒng)計(jì)更為高級、開放和豐富多樣。圖8為藥用植物的藥性與藥用部位的交叉分析圖示，通過選擇“藥用部位”和藥性“寒”這兩個(gè)屬性來篩選目標(biāo)植物，數(shù)據(jù)庫會(huì)將不同藥用部位的“寒”性藥用植物羅列出來，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，還能以柱形圖的形式將其所占比例展現(xiàn)出來。同樣地，用戶還能選擇其他不同的屬性得到目標(biāo)結(jié)果。

此外，該模塊還包括了地域分布統(tǒng)計(jì)。在首頁點(diǎn)擊“中國分布”選項(xiàng)卡，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)界面會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的中國地圖。點(diǎn)擊任意一個(gè)省，即可查得數(shù)據(jù)庫中收錄且分布在該省的藥用植物，并且羅列出這些植物的科屬分布與所占比例。

1.4.4 數(shù)據(jù)管理模塊 在首頁點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)庫”選項(xiàng)卡，即會(huì)轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)管理模塊界面，界面左邊一欄為項(xiàng)目選擇欄，分別為“刪除”（負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的刪除）、“插入”（負(fù)責(zé)新數(shù)據(jù)的錄入）、“變更”（負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的修改），右邊一欄為操作欄，每選擇一項(xiàng)在操作欄中都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的操作界面，如圖9中三幅圖分別為數(shù)據(jù)的添加、修改和刪除。

1.4.5 數(shù)據(jù)庫的功能擴(kuò)展 靖西端午節(jié)藥市交易的藥用植物中有不少種類是珍稀瀕危甚至是國家級和?。▍^(qū)）保護(hù)物種，但在該數(shù)據(jù)庫中并未涉及，這在今后工作中可以進(jìn)行補(bǔ)充，讓該數(shù)據(jù)庫在珍稀植物資源的保護(hù)和管理方面能有所幫助。在數(shù)據(jù)庫的共享方面，當(dāng)前的界面是針對PC軟件設(shè)計(jì)的，目的在于科研工作者可以方便攜帶到野外，利于在實(shí)地工作中進(jìn)行操作和使用。然而，我們在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的時(shí)候?qū)ｉT提供和封裝了對應(yīng)操作的接口API，只需要搭建一個(gè)簡單的WEB頁面，就可以直接調(diào)用封裝好的接口實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的管理和操作。因此，在線共享是可以并容易實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)展功能，未來我們也將針對這點(diǎn)進(jìn)行改善。此外，我們還計(jì)劃制作移動(dòng)終端的APP，希望可以在手機(jī)上對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，并利用互聯(lián)網(wǎng)和PC終端進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，更加方便科研工作者對數(shù)據(jù)的管理和分析。在當(dāng)今這個(gè)大數(shù)據(jù)時(shí)代，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，類似的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為重要的科研工具將快速發(fā)展，不僅更加方便科研工作者數(shù)據(jù)的采集和編目工作，也將成為民族藥物學(xué)發(fā)展的主要推動(dòng)力之一。

2 結(jié)論

本研究以建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式來幫助民族藥物學(xué)研究。以本團(tuán)隊(duì)多次赴廣西靖西縣端午節(jié)藥市考察所得的藥用植物數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了藥用植物信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，有效地解決了傳統(tǒng)民族藥物學(xué)研究中通過調(diào)查所得藥用植物信息都是紙質(zhì)文獻(xiàn)、查詢不方便等一系列問題，使用戶更高效、快捷地查詢和記憶。查詢和分析統(tǒng)計(jì)功能不僅可以讓用戶按需檢索數(shù)據(jù)，還能進(jìn)行更深入的數(shù)據(jù)挖掘，同時(shí)為藥用植物數(shù)據(jù)信息的二次開發(fā)提供了基礎(chǔ)。本研究的設(shè)計(jì)思路，對其他類型的生物數(shù)據(jù)庫開發(fā)也具有借鑒作用。

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