王秋玲，陳彬，王文全，張昭，李標(biāo)*，魏建和*

(1.中國醫(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·

中國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護信息管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(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)

中國眾多的藥用植物遷地保護機構(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)庫和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，設(shè)計開發(fā)中國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護信息管理系統(tǒng)，用于管理具有憑證信息的全國藥用植物遷地保護信息，同時實現(xiàn)不同遷地保護單位獨立管理、多途徑訪問查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能，可為各單位合理布局藥用植物種質(zhì)資源遷地保護工作，以及各級管理相關(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；信息管理系統(tǒng)

藥用植物種質(zhì)資源遷地保護工作具有重要意義，是資源實現(xiàn)可持續(xù)利用重要途徑之一[1-4]。多年來，我國建立了大批專門的遷地保護單位或部門，資源保護的形式主要包括各大藥用植物園進行引種栽培保存，及利用低溫保存技術(shù)進行離體保存的種質(zhì)庫，保存材料包括活體植株、種子和其他遺傳信息載體等[5]。各遷地保護單位擁有各自不同形式的保存資源信息，有的還進行了數(shù)字化管理。以中國科學(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單位，共建了信息龐大的植物園主題數(shù)據(jù)庫，其中雖有大量藥用植物，但尚無針對藥用植物資源特點的主題數(shù)據(jù)庫，且覆蓋單位有限。

我國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護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？還有哪些被遺漏？分散的保護單位空間布局是否合理？特別是針對瀕危藥用植物種質(zhì)資源，是否達到了有效的保護數(shù)量？是否存在過度重復(fù)保護？引種保存的效果如何？系列問題都有待信息被全面掌握后進行判斷和決策。為此，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所在已建立國家藥用植物園體系的基礎(chǔ)上，建設(shè)首個“中國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護信息管理系統(tǒng)”，逐步收集全國藥用植物遷地保護機構(gòu)的物種信息，可為各單位合理布局藥用植物種質(zhì)資源遷地保護工作，以及各級管理相關(guān)行業(yè)管理部門提供決策參考?，F(xiàn)將該系統(tǒng)設(shè)計方法和進展報告如下。

1 系統(tǒng)的功能

(1)遷地保護資源管理功能：在遷地保護資源的類型中，活體栽培資源的管理最為復(fù)雜。藥用植物在引種入園后，除了最開始的引種信息記錄，常常還需要累年進行移栽、擴繁、栽培管理，及不定期盤點存活現(xiàn)狀等工作，全程信息的記錄工作量較大。因此，本系統(tǒng)首次對遷地保護活體栽培藥用資源的數(shù)字化管理過程進行了設(shè)計開發(fā)，以便捷的操作方式，實現(xiàn)管理過程產(chǎn)生信息的全程數(shù)字化憑證記錄。對于管理過程中信息相對簡單的離體材料，開發(fā)獨立于活體資源的管理系統(tǒng)。最終實現(xiàn)不同機構(gòu)對各自遷地保護資源獨立、便捷的管理功能。

(2)藥用植物種質(zhì)資源遷地保護信息共享功能：不同機構(gòu)上傳的遷地保護資源信息，在系統(tǒng)后臺進行自動化整合后，將為網(wǎng)絡(luò)所有訪問者提供保護信息查詢功能，查詢內(nèi)容包括我國藥用植物遷地保護資源總量，具體物種在不同機構(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)，為各級管理部門提供藥用植物種質(zhì)資源保護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)頁查詢界面還設(shè)計了藥用植物種質(zhì)資源遷地保護行業(yè)信息、參觀攻略、養(yǎng)生體驗和成果分享欄目，作為面向公眾普及藥用植物種質(zhì)資源保護知識的平臺。公眾還可通過手機終端，在進行藥用植物園參觀時，現(xiàn)場掃描二維碼查詢物種信息，并通過關(guān)注微信公眾號，隨時隨地查詢資源信息及相關(guān)資訊。

2 設(shè)計原則

可靠與穩(wěn)定性——設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不會因局部故障導(dǎo)致全系統(tǒng)癱瘓，并可保證長時間不間斷正常工作。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定運行，出現(xiàn)卡機、死機、斷網(wǎng)等情形的概率低，并且恢復(fù)速度快，信息保存時間長，查詢速度快捷、穩(wěn)定。

操作實用性——系統(tǒng)在實現(xiàn)保護資源管理時，對于信息的收集和上傳應(yīng)具有便捷、高效的優(yōu)勢；在管理界面保證不具備專業(yè)計算機知識的人經(jīng)過短期培訓(xùn)即能較快的完成所需操作。

可擴展性——系統(tǒng)的功能及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點應(yīng)具有良好的擴展性，日后可根據(jù)需要進行數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、內(nèi)容及相關(guān)功能子模塊的不斷擴充。

3 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 底層數(shù)據(jù)內(nèi)容

3.1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 基于Species2000、Flora of China、《中國中藥資源叢書》、《世界藥用植物速查辭典》、《中國民族藥志》、《中國物種紅色名錄》、《中國植物紅皮書》、《瀕危動植物國際貿(mào)易公約(CITIES)》、《中國國家重點保護野生植物名錄(第一批)》、《國家重點保護野生藥材物種名錄》，及我國各省物種保護名錄等資料，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、瀕危保護等級等信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

3.1.2 遷地保護物種信息 將管理的種質(zhì)資源對象，按照物種、保存機構(gòu)該物種、種質(zhì)、植株個體的4個邏輯管理層次，進行相關(guān)數(shù)據(jù)信息的收集、錄入和展示。植株個體作為最小管理單元，收集信息包括編號、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)容見表1。

表1 中國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護信息數(shù)據(jù)庫活體植物株信息內(nèi)容

3.1.3 其他多源異構(gòu)型遷地保護信息 該類信息已設(shè)置包括不同機構(gòu)所建種質(zhì)庫、DNA庫、憑證臘葉標(biāo)本庫和藥用真菌庫信息。由于不同機構(gòu)均已建有不同字段形式的信息庫，數(shù)據(jù)庫在建設(shè)時綜合抽提關(guān)鍵信息字段作為收集、展示內(nèi)容，并且為未來調(diào)整字段提供用戶自定義修改入口。

3.2 遷地保護資源憑證信息的獲得方式

以現(xiàn)場影像和精確坐標(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機構(gòu)中，極少開展了物種坐標(biāo)定位與現(xiàn)場影像匹配工作。大量機構(gòu)保存有物種的圖像資料，卻很難進行定位，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，操作費時且費用較高，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)照相機記錄拍攝時間，可實現(xiàn)現(xiàn)場影像與精確位點信息的高效采集(圖1)[5]。

圖1 遷地保護資源憑證信息獲得方法示意圖

3.3 數(shù)據(jù)庫訪問前臺與后臺管理入口設(shè)計

系統(tǒng)根據(jù)功能的需要，設(shè)計了三個訪問入口，分別是電腦終端IE訪問網(wǎng)頁、手機二維碼掃碼查詢網(wǎng)頁和微信公眾號界面(圖2)。后臺管理入口均為電腦終端IE訪問網(wǎng)頁。鑒于各藥用植物園物種清查工作需要進行后期協(xié)作鑒定，與種質(zhì)庫、DNA庫等其他庫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獲得獨立的登錄賬戶后，獨立對本單位的信息進行管理。對于門戶信息的管理及注冊單位權(quán)限設(shè)置，單獨在查詢主頁設(shè)置最高權(quán)限的管理賬戶。

注：A.IE訪問入口界面；B.手機二維碼掃碼查詢網(wǎng)頁；C.微信公眾號搜索界面圖2 中國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護信息管理系統(tǒng)公眾訪問界面

3.4 管理系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

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)資源遷地保護信息數(shù)據(jù)庫的需求進行定制開發(fā)，包括前臺和后臺，提供用戶注冊、認證、個人信息維護、欄目定制、文章數(shù)據(jù)編輯管理和展示等功能。欄目設(shè)置包括組織機構(gòu)、歷史背景、工作動態(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，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中文別名間的一對多關(guān)系，通過名稱以及名稱間復(fù)雜關(guān)系的存儲、編輯維護功能，對所有項目搜集整理的46 203種藥用植物名稱信息進行管理，隨時更新維護；通過分類系統(tǒng)樹及分類樹節(jié)點的存儲、編輯維護功能，為整個系統(tǒng)其他模塊的數(shù)據(jù)管理提供分類學(xué)框架信息支持；通過邀請專家參與審核和維護數(shù)據(jù)，可以收錄最新的名稱數(shù)據(jù)并隨時發(fā)現(xiàn)和修正錯誤，保障信息系統(tǒng)的學(xué)術(shù)水準。

3.4.3 多元異構(gòu)數(shù)據(jù)庫整合管理 提供通用的web可視化數(shù)據(jù)庫結(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，包括后臺管理維護界面和前臺數(shù)據(jù)庫信息查詢服務(wù)界面。用戶可以用此模塊快速發(fā)布所需的個性化數(shù)據(jù)庫。

3.4.4 基于客觀憑證體系的藥用植物園在地活植物管理 準確可靠地、經(jīng)常性地對園區(qū)活植物進行盤點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，以及人員動態(tài)變化，活植物盤點工作往往難以獲得可靠憑證信息，影響盤點工作的成效。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]，支持數(shù)碼憑證照片的批量上傳、自動化制作縮略圖、打水印、分類存儲，提供圖片瀏覽權(quán)限的分級控制。在照片上傳過程，自動提取文件名、采集時間、作者等信息，通過批量設(shè)置調(diào)查地點、調(diào)查人員等方式，建立憑證照片數(shù)據(jù)庫，形成具體時間地點調(diào)查數(shù)據(jù)集、個人數(shù)據(jù)空間、全站數(shù)據(jù)空間三級憑證數(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)自動提取分析，建立物種分類系統(tǒng)、引種登記號、活植物管理編號三級憑證數(shù)據(jù)管理體系，用戶可以在不改動活植物編號的情況下，方便地在網(wǎng)站上修改每棵活植物所屬的引種登記號、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，進而在衛(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空間數(shù)據(jù)進一步整理校正，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、全國各地分類學(xué)專家和志愿者都可以參與的遠程物種鑒定功能，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)從文件名里自動識別鑒定信息，通過和物種名稱數(shù)據(jù)庫的匹配獲取詳細物種信息，生成包含科屬種信息、鑒定人信息和鑒定時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，針對每張照片進行單獨在線鑒定，鑒定時可以使用中文名或拉丁名，當(dāng)存在同名異物、同物異名等問題時，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，進行批量鑒定。批量鑒定時的名稱問題解決方法同單張鑒定。

每張憑證照片的每個鑒定意見都保留，按時間排序，形成鑒定歷史，為物種的進一步鑒定提供參考。

3.4.6 自動化物種編目系統(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)計科屬種的數(shù)量并進行分類管理，協(xié)助摸清各遷地保護單位的資源本底。物種名錄隨著物種鑒定的進行而自動更新。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)的物種鑒定，自動生成按照生物界、科、屬、種等階元關(guān)系整理匯總的分類系統(tǒng)樹，并將憑證照片根據(jù)其鑒定信息匯總到分類系統(tǒng)樹的相應(yīng)節(jié)點上，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更新。此功能與在線鑒定相結(jié)合，實現(xiàn)物種鑒定能力的積累和互補。各遷地保護單位的實地調(diào)查人員對植物進行粗略鑒定之后，由系統(tǒng)自動化進行整理組織，照片自動掛到比較粗略分類的節(jié)點上。各類群分類專家進而在那些節(jié)點上集中進行更精細的物種鑒定，最終實現(xiàn)準確鑒定。

3.4.7 多途徑手機終端查詢服務(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)庫中的資料，建立在地活植物數(shù)據(jù)庫，進而為每個編號的在地植物建立獨立網(wǎng)頁。在植物園區(qū)現(xiàn)場，可以通過掃描標(biāo)簽上的二維碼訪問網(wǎng)頁或者使用微信公眾號對話框查詢物種信息。

綜合前述內(nèi)容，繪制藥用植物種質(zhì)資源遷地保護信息管理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖3所示。

圖3 中國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護信息管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

截至目前，中國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護信息管理系統(tǒng)的核心功能已經(jīng)完成建設(shè)，初步開展了國家藥用植物園體系內(nèi)18家遷地保護單位的數(shù)據(jù)采集和試運行工作，系統(tǒng)運行良好。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)將面向全國遷地保護單位無償提供便捷的信息管理平臺，匯總形成動態(tài)的全國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護信息。

[1] 肖培根，陳士林，張本剛，等.中國藥用植物種質(zhì)資源遷地保護與利用[J].中國現(xiàn)代中藥，2010，12(6)：3-6.

[2] 黃宏文，張征.中國植物引種栽培及遷地保護的現(xiàn)狀與展望[J].生物多樣性，2012，20(5)：559-571.

[3] 闕靈，楊光，繆劍華，等.中藥資源遷地保護的現(xiàn)狀及展望[J].中國中藥雜志，2016，41(20)：3703-3708.

[4] Xiulian Chi，Zejin Zhang，Xiaoting Xu，et al.Threatened medicinal plants in China：Distributions and conservation priorities[J].Biological Conservation，2017，210(6)：89-95.

[5] 李標(biāo)，魏建和，王文全，等.推進國家藥用植物園體系建設(shè)的思考[J].中國現(xiàn)代中藥，2013，15(9)：722-726.

[6] 陳彬，陳建平.植物園植物生存狀態(tài)數(shù)字化調(diào)查和編目方法[M].中國植物園-第十七輯，北京：中國林業(yè)出版社，2014：92-100.

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

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程項目(項目編號：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)