中國藥用植物種質資源遷地保護信息管理系統設計與實現△

王秋玲，陳彬，王文全，張昭，李標*，魏建和*

(1.中國醫學科學院 北京協和醫學院 藥用植物研究所，北京 100193；2.上海辰山植物園，上海 201602)

·專論·

中國藥用植物種質資源遷地保護信息管理系統設計與實現△

王秋玲1，陳彬2，王文全1，張昭1，李標1*，魏建和1*

(1.中國醫學科學院 北京協和醫學院 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已經收集和保存了大量的藥用植物種質資源。本研究在分析各類保存資源現狀的基礎上，利用數據庫和網絡信息技術，設計開發中國藥用植物種質資源遷地保護信息管理系統，用于管理具有憑證信息的全國藥用植物遷地保護信息，同時實現不同遷地保護單位獨立管理、多途徑訪問查詢、數據統計等功能，可為各單位合理布局藥用植物種質資源遷地保護工作，以及各級管理相關行業管理部門提供決策參考。

藥用植物種質資源；遷地保護；信息管理系統

藥用植物種質資源遷地保護工作具有重要意義，是資源實現可持續利用重要途徑之一[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進行離體保存的種質庫，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，有的還進行了數字化管理。以中國科學院西雙版納植物園、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據庫，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據庫，且覆蓋單位有限。

我國藥用植物種質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資源，是否達到了有效的保護數量？是否存在過度重復保護？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，中國醫學科學院藥用植物研究所在已建立國家藥用植物園體系的基礎上，建設首個“中國藥用植物種質資源遷地保護信息管理系統”，逐步收集全國藥用植物遷地保護機構的物種信息，可為各單位合理布局藥用植物種質資源遷地保護工作，以及各級管理相關行業管理部門提供決策參考?，F將該系統設計方法和進展報告如下。

1 系統的功能

(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狀等工作，全程信息的記錄工作量較大。因此，本系統首次對遷地保護活體栽培藥用資源的數字化管理過程進行了設計開發，以便捷的操作方式，實現管理過程產生信息的全程數字化憑證記錄。對于管理過程中信息相對簡單的離體材料，開發獨立于活體資源的管理系統。最終實現不同機構對各自遷地保護資源獨立、便捷的管理功能。

(2)藥用植物種質資源遷地保護信息共享功能：不同機構上傳的遷地保護資源信息，在系統后臺進行自動化整合后，將為網絡所有訪問者提供保護信息查詢功能，查詢內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，為各級管理部門提供藥用植物種質資源保護與利用等方面的決策信息。

(3)面向公眾科普功能：系統的網頁查詢界面還設計了藥用植物種質資源遷地保護行業信息、參觀攻略、養生體驗和成果分享欄目，作為面向公眾普及藥用植物種質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，現場掃描二維碼查詢物種信息，并通過關注微信公眾號，隨時隨地查詢資源信息及相關資訊。

2 設計原則

可靠與穩定性——設計系統的結構不會因局部故障導致全系統癱瘓，并可保證長時間不間斷正常工作。系統應當穩定運行，出現卡機、死機、斷網等情形的概率低，并且恢復速度快，信息保存時間長，查詢速度快捷、穩定。

操作實用性——系統在實現保護資源管理時，對于信息的收集和上傳應具有便捷、高效的優勢；在管理界面保證不具備專業計算機知識的人經過短期培訓即能較快的完成所需操作。

可擴展性——系統的功能及網絡節點應具有良好的擴展性，日后可根據需要進行數據庫結構、內容及相關功能子模塊的不斷擴充。

3 系統的設計與實現

3.1 底層數據內容

3.1.1 基礎數據 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數據庫。

3.1.2 遷地保護物種信息 將管理的種質資源對象，按照物種、保存機構該物種、種質、植株個體的4個邏輯管理層次，進行相關數據信息的收集、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容見表1。

表1 中國藥用植物種質資源遷地保護信息數據庫活體植物株信息內容

3.1.3 其他多源異構型遷地保護信息 該類信息已設置包括不同機構所建種質庫、DNA庫、憑證臘葉標本庫和藥用真菌庫信息。由于不同機構均已建有不同字段形式的信息庫，數據庫在建設時綜合抽提關鍵信息字段作為收集、展示內容，并且為未來調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

以現場影像和精確坐標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中，極少開展了物種坐標定位與現場影像匹配工作。大量機構保存有物種的圖像資料，卻很難進行定位，原因在于傳統的精確定位依靠坐標儀逐一繪圖標定，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設備的普及，利用成本約幾百元的軌跡儀，根據照相機記錄拍攝時間，可實現現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 數據庫訪問前臺與后臺管理入口設計

系統根據功能的需要，設計了三個訪問入口，分別是電腦終端IE訪問網頁、手機二維碼掃碼查詢網頁和微信公眾號界面(圖2)。后臺管理入口均為電腦終端IE訪問網頁。鑒于各藥用植物園物種清查工作需要進行后期協作鑒定，與種質庫、DNA庫等其他庫體的信息采集工作存在較大差異，系統將藥用植物園與多源異構型信息管理系統分別設置了管理入口。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限設置，單獨在查詢主頁設置最高權限的管理賬戶。

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

3.4 管理系統功能模塊設計

3.4.1 常規內容管理系統 基于成熟的內容管理系統(Content Management System，CMS系統)，根據藥用植物種質資源遷地保護信息數據庫的需求進行定制開發，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、文章數據編輯管理和展示等功能。欄目設置包括組織機構、歷史背景、工作動態、科研成果、藥用植物科普養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 分類學名稱和分類系統專業數據管理 采用MySQL關系數據庫，建立學名(拉丁名)、俗名(中文名)數據表，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系，通過名稱以及名稱間復雜關系的存儲、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；通過分類系統樹及分類樹節點的存儲、編輯維護功能，為整個系統其他模塊的數據管理提供分類學框架信息支持；通過邀請專家參與審核和維護數據，可以收錄最新的名稱數據并隨時發現和修正錯誤，保障信息系統的學術水準。

3.4.3 多元異構數據庫整合管理 提供通用的web可視化數據庫結構定制管理、數據導入導出、數據增刪改查等基礎功能體系，包括后臺管理維護界面和前臺數據庫信息查詢服務界面。用戶可以用此模塊快速發布所需的個性化數據庫。

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、經常性地對園區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。本系統支持以數碼照片為憑證的植物園在地植物快速調查方案[6]，支持數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，通過批量設置調查地點、調查人員等方式，建立憑證照片數據庫，形成具體時間地點調查數據集、個人數據空間、全站數據空間三級憑證數據組織管理體系。

根據調查憑證照片中的活植物條形碼和物種名稱信息，由系統自動提取分析，建立物種分類系統、引種登記號、活植物管理編號三級憑證數據管理體系，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，系統提供將數碼照片、GPS坐標、調查數據相整合生成kmz谷歌地球地圖數據的功能，用戶可以從網站下載kmz地圖文件，雙擊在谷歌地球中打開，進而在衛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據進一步整理校正，提高定位精度。

3.4.5 基于憑證體系、與分類學名稱及分類系統密切結合的互動鑒定系統 基于數碼照片、精確的空間坐標以及園區在地活植物的各種屬性信息，調查人員、全國各地分類學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。物種鑒定方式共設計了三種：

①調查人將調查憑證照片按物種名稱重命名后上傳到系統中，系統從文件名里自動識別鑒定信息，通過和物種名稱數據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簽；

②憑證照片上傳到系統中后，國內外鑒定人員可以在網絡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中后，在網絡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 根據憑證照片的物種鑒定，系統自動為每批次的調查數據，及全部的調查數據生成物種清單，統計科屬種的數量并進行分類管理，協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。

根據調查數據的物種鑒定，自動生成按照生物界、科、屬、種等階元關系整理匯總的分類系統樹，并將憑證照片根據其鑒定信息匯總到分類系統樹的相應節點上，形成調查數據的分類整理和重新組織。

分類系統樹以及憑證照片的組織可以根據照片的物種鑒定信息自動更新。此功能與在線鑒定相結合，實現物種鑒定能力的積累和互補。各遷地保護單位的實地調查人員對植物進行粗略鑒定之后，由系統自動化進行整理組織，照片自動掛到比較粗略分類的節點上。各類群分類專家進而在那些節點上集中進行更精細的物種鑒定，最終實現準確鑒定。

3.4.7 多途徑手機終端查詢服務系統 基于調查數據、物種鑒定信息、相關科學數據庫中的資料，建立在地活植物數據庫，進而為每個編號的在地植物建立獨立網頁。在植物園區現場，可以通過掃描標簽上的二維碼訪問網頁或者使用微信公眾號對話框查詢物種信息。

綜合前述內容，繪制藥用植物種質資源遷地保護信息管理數據庫結構圖3所示。

圖3 中國藥用植物種質資源遷地保護信息管理系統結構圖

4 結語

截至目前，中國藥用植物種質資源遷地保護信息管理系統的核心功能已經完成建設，初步開展了國家藥用植物園體系內18家遷地保護單位的數據采集和試運行工作，系統運行良好。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、內生真菌信息302條，以及憑證標本信息98條。該系統將面向全國遷地保護單位無償提供便捷的信息管理平臺，匯總形成動態的全國藥用植物種質資源遷地保護信息。

[1] 肖培根，陳士林，張本剛，等.中國藥用植物種質資源遷地保護與利用[J].中國現代中藥，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，魏建和，王文全，等.推進國家藥用植物園體系建設的思考[J].中國現代中藥，2013，15(9)：722-726.

[6] 陳彬，陳建平.植物園植物生存狀態數字化調查和編目方法[M].中國植物園-第十七輯，北京：中國林業出版社，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

中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程項目(項目編號：2016-I2M-2-003)

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李標，研究員，研究方向：藥用植物園建設；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物調控研究；Tel：(010)57833016，E-mail：wjianh@263.net

2017-04-11)