塔里木盆地野生植物種質資源共享信息庫構建

吳剛 黃文娟 姚江河*

(1 塔里木大學信息工程學院，新疆 阿拉爾843300)(2 塔里木大學植物科學學院，新疆 阿拉爾 843300)

植物種質資源是植物栽培和新品種培育的物質基礎，是發展農林經濟的重要生物資源。利用信息技術手段開展植物種質資源信息系統研究，實現種質資源信息共享，為種質資源利用和保護的深入研究提供了有利條件。物種質資源收集、保存、鑒定、評價、研究和利用對農林經濟的發展具有重要意義，我國非常重視植物種質資源信息庫建設，將植物種質資源信息共享平臺建設列為國家基礎平臺建設項目，并建立了國家自然科技資源保障體系，促進植物種質資源保護和利用研究。目前我國在植物種質資源保護和利用方面取得了顯著成果，已建成了擁有200 種作物(隸屬78 個科、256 個屬、810 個種或亞種)、41 萬份種質信息、2 400 萬個數據項值、4 000兆字節的中國作物種質資源信息系統［1］，以及多年生與無性繁殖作物種質資源信息網、熱帶作物種質資源信息網、國家林木(竹藤花卉)種質資源平臺、藥用植物種質資源信息網、牧草種質資源信息網、中國西南野生生物種質資源庫等多個植物種質資源信息共享平臺。此外，全國各省市也積極開展植物種質資源信息系統的研究，建立了具有區域特色的植物種質資源服務系統［2－8］。這些平臺的建設可以實現快速查詢各種質物種質資源信息，甚至是獲取種質資源的實物資源，提高了信息資源的有效利用，對深入開展植物種質資源保護和可持續利用、發展我國農林經濟具有極高的實用價值和理論意義。

塔里木盆地是我國最大的內陸盆地，氣候環境多樣而獨特，如沙漠化嚴重，氣候干燥，光照時間長，沙土中含堿性較高等。塔里木盆地獨特的氣候環境孕育了豐富、獨特的野生植物種質資源，這些野生植物種質資源對防風固沙、蓄水保土、保持生態平衡以及新疆農業經濟發展等方面發揮著巨大的作用，具有較高的研究價值和意義。因此，積極開展塔里木盆地野生植物種質資源保護和利用研究工作，建立種質資源共享信息庫，實現塔里木盆地野生植物種質資源信息共享，是新疆野生植物種質資源保護和可持續利用決策的需要，是我國區域特色植物種質資源發展建設的需要，更是屯墾戍邊促進新疆農業可持續發展需要。

1 塔里木盆地野生植物種質資源來源

塔里木盆地生物資源保護利用兵團重點實驗室和塔里木大學植物科學學院從事生物資源保護和利用研究的科研學者，在國家科技基礎條件平臺建設子項目“重要野生植物種質資源采集保存技術規范和標準研制及整合共享”的專題“新疆天山南坡野生植物種子資源收集與保存”、兵團科技合作計劃項目“塔里木盆地重要植物種質保存技術研究”、兵團科技攻關計劃項目“南疆特色植物種質資源保存評價及綜合利用技術研究”及塔里木大學教學質量工程建設項目“植物標本庫建設”等生物資源保護和利用項目的支持下，按照國家自然科技資源平臺《植物種質資源共性描述規范》和塔里木盆地野生植物種質資源數據采集要求，對塔里木盆地重要野生植物種質資源進行采集、整理和信息化處理，建立了塔里木盆地野生植物種質資源數據庫，該資源數據庫按照信息類型及特點的不同又分為資源信息庫、圖片庫和電子標本庫等三個分數據庫。目前該種質資源數據庫收集了塔里木盆地分布的1 000 多種野生植物的3 500 余份野外記錄信息和15 000 余幅植物原生境野外照片，以及20 000 余份的野生植物實物標本及相應的電子標本，此外還收集了國內主要沙區防沙治沙植物16 種、36 個種源的植物種質資源數據信息。

2 塔里木盆地野生植物種質資源共享信息庫構建

2.1 共享信息庫建設目標

塔里木盆地野生植物種質資源共享信息庫建設以國家《科學數據共享工程技術標準》為指導，按照《植物種質資源共性描述規范》進一步規范整理現有的塔里木盆地野生植物種質資源數據庫信息，利用現代信息技術建設布局合理、功能完善、體系健全、共享高效的塔里木盆地野生植物種質資源信息服務系統，有利于提高種質資源保存、利用的數字化和管理水平，實現種質資源信息共享，為塔里木盆地野生生物種質資源的保護、研究、開發及合理利用提供信息服務和科學決策依據。同時該系統建設也是區域特色種質資源科學數據共享工程的重要組成部分，也是塔里木盆地沙漠經濟和生態農業可持續發展的基礎支持和重要保障。

為構建符合國家技術標準和規范的具有區域特色的種質資源共享系統，在軟件工程指導思想和方法的指導下將信息庫的構建過程分為五個主要階段:第一階段對現有植物種質資源成果數據進行整理，進行實際需求分析，提出要解決的問題;第二階段為知識儲備階段，主要為國家基礎平臺建設標準、信息描述規范、平臺共享機制等的學習，以及現有資源平臺的收集和分析;第三階段為數據庫設計、信息庫功能模塊設計與實現;第四階段將種質資源信息入庫，測試并改進;最后階段是共享管理機制的建立、推廣及應用，塔里木盆地野生植物種質資源共享信息庫構建如下圖1 所示。

圖1 塔里木盆地野生植物種質資源共享信息庫架構圖

2.2 共享信息庫技術構架

共享信息庫是以數據共享門戶網站建設為核心的，采用目前主流的基于B/S 和ASP.NET的技術架構，采用自下而上的設計方法對各個模塊進行實現、調試及維護，采用IIS 架設Web 站點，Microsoft SQL Server 管理并提供后臺數據服務，整個系統按應用功能分為三層:數據訪問層、業務邏輯層、頁面顯示層［9］，結構體系如圖2 所示。其中數據訪問層主要負責對數據的操作，與數據庫進行交互，如添加、刪除、更新數據，為業務邏輯層提供數據服務;業務邏輯層實現數據業務邏輯處理及有效驗證功能，如添加、修改、查詢業務等;頁面顯示層負責接受用戶請求，并將業務邏輯層請求結果通過頁面顯示給用戶，實現信息呈現及交互作用。三層體系結構的B/S 結構設計，將業務訪問規則、數據操作、合法性校驗等工作放到了中間層進行處理，從而實現以不同接入方式訪問和操作信息庫，有效的保護共享平臺和管理訪問權限，對后臺數據庫起到安全保護作用。

圖2 種質資源信息庫系統的三層體系結構圖

2.3 植物種質資源數據規范

作為以共享為目標的植物種質資源信息系統建設，植物種質資源數據描述的規范性是信息系統廣泛應用的基礎，也是保證數據的可比性和權威性的重要先決條件。植物種質資源數據的描述既要考慮利用者的需要，也要考慮資源收集者的實際情況，但最終是要以資源共享為目標的，這就要求統一植物種質資源共性信息，統一描述項目。塔里木盆地野生植物種質資源信息按照國家自然科技資源平臺《植物種質資源共性描述規范》進行描述，植物種質資源信息按描述符類別分為六類，即為護照信息、標記信息、基本特征特性信息、收藏單位信息、共享信息、其他描述信息。在這六類描述信息中，基本保留了規范描述的所有信息，同時也考慮了實際信息記錄要求，增加了描述項目，但基本做到信息描述的一致性，以利于信息的共享及長遠發展需要，具體描述信息如表1 所示。

表1 部分植物種質資源信息模式描述表

2.4 數據庫組成

塔里木盆地野生植物種質資源信息已經按照信息存儲特點分類整理為信息庫、圖片庫和電子標本庫等三個分庫進行保存，在此基礎上設計對應的野生植物信息數據庫、野生植物電子標本數據庫、野生植物圖片數據庫。野生植物信息數據庫里面存儲了植物種質資源詳細信息，是植物種質資源信息共享的基礎數據。該數據庫字段包含了所有上述6 類描述信息，資源編號設置為主碼，在查詢時按照不同的訪問權限以多種數據視圖顯示。

野生植物圖片數據庫存儲信息包含種質資源的整體圖像、生境圖像、各種特征特性圖像、多樣性圖像等多種圖像信息。這些圖片信息是在野外調查和標本采集過程中對植物進行拍攝拍照，圖片經Photoshop 軟件處理后以JPG 格式按不同植物種的不同描述特征如大生境、小生境、單株、花、果實等分別予以命名和保存。對應圖片數據庫存儲信息主要為第1 類護照信息，為資源編號、種質名稱、種質外文名、科名、屬名、種名、原產地、省、國家、來源地等信息，詳細信息的查詢則按訪問權限訪問信息數據庫信息。

野生植物電子標本數據庫存儲電子標本信息，電子標本是對制作的實物臘葉標本進行拍照，應用圖片處理軟件進行處理后制作電子標本，電子標本數據存儲信息為采集編號、資源編號、植物名稱、科名、學名、采集者編號、采集時間、產地、環境、生境、土壤、海拔、性狀、體高、鑒定者編號、鑒定日期等信息，詳細信息的查詢以資源編號訪問信息數據庫，圖3 為毛茛科部分植物種質資源電子標本數據庫舉例(從左到右分別為西伯利亞鐵線蓮、甘青鐵線蓮、亞歐唐松草)。電子標本數據庫信息與信息數據庫信息存儲的冗余度較大，主要是為了保持電子標本數據庫的獨立性，便于共享及查詢。

圖3 毛茛科部分植物種質資源電子標本數據庫

此外，共享信息庫還包含用戶信息庫，主要存儲系統管理人員、種質資源采集人員、種質資源提供人員、訪問用戶或是系統共享會員等人員詳細信息，不同人員根據擁有的訪問權限訪問或是操作資源信息，圖4 為塔里木盆地野生植物種質資源共享信息庫數據庫組成結構圖。

圖4 野生植物種質資源信息庫的共享模式

3 信息庫共享管理機制

建立健全合理的信息庫共享管理機制是保證共享系統可持續發展的基礎［10］。數據共享方式主要有公益性共享、公益性借用共享、合作研究共享、知識產權性交易共享、資源純交易性共享、資源租賃性共享、資源交換性共享、收藏地共享、行政許可性共享等，為了實現靈活的共享管理，積極引導數據提供者或是所有者參與到共享系統的數據管理中來，信息庫共享管理采用了二級管理模式:技術管理和數據管理。技術管理人員負責系統的規劃、維護、數據提供者的權限分配以及科研人員的培訓等，具體工作有系統運行的管理、系統數據的保密與安全、系統數據的審核、用戶權限的分配、硬件的維護等;數據管理由數據提供者和系統管理員共同完成，系統管理員負責數據的技術維護，數據提供者對數據的科學性以及數據共享的級別進行管理。為激勵系統用戶積極參與共享信息庫共建，在技術上對用戶的管理擬采用目前網絡資源平臺的主流管理模式——會員積分制，初級會員享有一定的數據使用權限，隨著使用的深入，要求會員提供一定的科學數據，進行積分，積分越高，訪問權限越大。用戶若想獲得訪問權限以外的資源信息，可通過郵件、網上訂購、文件傳遞等方式提出數據請求，也可以直接聯系數據所有者獲取。

4 結語

塔里木盆地野生植物種質資源共享信息庫的構建有利于對新疆科學數據資源的有效管理，提高已有科研數據的利用率，減少重復投入，維護和增長整體經濟效益，有利于新疆的生態可持續發展和農業可持續發展。該共享信息庫的建設也是實施科學數據共享工程的一項重要內容，實現對塔里木盆地野生植物種質資源的信息化管理，為塔里木盆地野生植物種質資源開發、利用及資源共享和資源保護起到積極的推動作用［11］，為新疆生物遺傳多樣性保護和持續利用的深入研究奠定良好的基礎。

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