塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源共享信息庫(kù)構(gòu)建

吳剛 黃文娟 姚江河*

(1 塔里木大學(xué)信息工程學(xué)院，新疆 阿拉爾843300)(2 塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

植物種質(zhì)資源是植物栽培和新品種培育的物質(zhì)基礎(chǔ)，是發(fā)展農(nóng)林經(jīng)濟(jì)的重要生物資源。利用信息技術(shù)手段開(kāi)展植物種質(zhì)資源信息系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源信息共享，為種質(zhì)資源利用和保護(hù)的深入研究提供了有利條件。物種質(zhì)資源收集、保存、鑒定、評(píng)價(jià)、研究和利用對(duì)農(nóng)林經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義，我國(guó)非常重視植物種質(zhì)資源信息庫(kù)建設(shè)，將植物種質(zhì)資源信息共享平臺(tái)建設(shè)列為國(guó)家基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目，并建立了國(guó)家自然科技資源保障體系，促進(jìn)植物種質(zhì)資源保護(hù)和利用研究。目前我國(guó)在植物種質(zhì)資源保護(hù)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(gè)科、256 個(gè)屬、810 個(gè)種或亞種)、41 萬(wàn)份種質(zhì)信息、2 400 萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)值、4 000兆字節(jié)的中國(guó)作物種質(zhì)資源信息系統(tǒng)［1］，以及多年生與無(wú)性繁殖作物種質(zhì)資源信息網(wǎng)、熱帶作物種質(zhì)資源信息網(wǎng)、國(guó)家林木(竹藤花卉)種質(zhì)資源平臺(tái)、藥用植物種質(zhì)資源信息網(wǎng)、牧草種質(zhì)資源信息網(wǎng)、中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)等多個(gè)植物種質(zhì)資源信息共享平臺(tái)。此外，全國(guó)各省市也積極開(kāi)展植物種質(zhì)資源信息系統(tǒng)的研究，建立了具有區(qū)域特色的植物種質(zhì)資源服務(wù)系統(tǒng)［2－8］。這些平臺(tái)的建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)快速查詢(xún)各種質(zhì)物種質(zhì)資源信息，甚至是獲取種質(zhì)資源的實(shí)物資源，提高了信息資源的有效利用，對(duì)深入開(kāi)展植物種質(zhì)資源保護(hù)和可持續(xù)利用、發(fā)展我國(guó)農(nóng)林經(jīng)濟(jì)具有極高的實(shí)用價(jià)值和理論意義。

塔里木盆地是我國(guó)最大的內(nèi)陸盆地，氣候環(huán)境多樣而獨(dú)特，如沙漠化嚴(yán)重，氣候干燥，光照時(shí)間長(zhǎng)，沙土中含堿性較高等。塔里木盆地獨(dú)特的氣候環(huán)境孕育了豐富、獨(dú)特的野生植物種質(zhì)資源，這些野生植物種質(zhì)資源對(duì)防風(fēng)固沙、蓄水保土、保持生態(tài)平衡以及新疆農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮著巨大的作用，具有較高的研究?jī)r(jià)值和意義。因此，積極開(kāi)展塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源保護(hù)和利用研究工作，建立種質(zhì)資源共享信息庫(kù)，實(shí)現(xiàn)塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源信息共享，是新疆野生植物種質(zhì)資源保護(hù)和可持續(xù)利用決策的需要，是我國(guó)區(qū)域特色植物種質(zhì)資源發(fā)展建設(shè)的需要，更是屯墾戍邊促進(jìn)新疆農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要。

1 塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源來(lái)源

塔里木盆地生物資源保護(hù)利用兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院從事生物資源保護(hù)和利用研究的科研學(xué)者，在國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)建設(shè)子項(xiàng)目“重要野生植物種質(zhì)資源采集保存技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)研制及整合共享”的專(zhuān)題“新疆天山南坡野生植物種子資源收集與保存”、兵團(tuán)科技合作計(jì)劃項(xiàng)目“塔里木盆地重要植物種質(zhì)保存技術(shù)研究”、兵團(tuán)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“南疆特色植物種質(zhì)資源保存評(píng)價(jià)及綜合利用技術(shù)研究”及塔里木大學(xué)教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)項(xiàng)目“植物標(biāo)本庫(kù)建設(shè)”等生物資源保護(hù)和利用項(xiàng)目的支持下，按照國(guó)家自然科技資源平臺(tái)《植物種質(zhì)資源共性描述規(guī)范》和塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)采集要求，對(duì)塔里木盆地重要野生植物種質(zhì)資源進(jìn)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(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，該資源數(shù)據(jù)庫(kù)按照信息類(lèi)型及特點(diǎn)的不同又分為資源信息庫(kù)、圖片庫(kù)和電子標(biāo)本庫(kù)等三個(gè)分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。目前該種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)物標(biāo)本及相應(yīng)的電子標(biāo)本，此外還收集了國(guó)內(nèi)主要沙區(qū)防沙治沙植物16 種、36 個(gè)種源的植物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息。

2 塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源共享信息庫(kù)構(gòu)建

2.1 共享信息庫(kù)建設(shè)目標(biāo)

塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源共享信息庫(kù)建設(shè)以國(guó)家《科學(xué)數(shù)據(jù)共享工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》為指導(dǎo)，按照《植物種質(zhì)資源共性描述規(guī)范》進(jìn)一步規(guī)范整理現(xiàn)有的塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)信息，利用現(xiàn)代信息技術(shù)建設(shè)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(zhì)資源信息服務(wù)系統(tǒng)，有利于提高種質(zhì)資源保存、利用的數(shù)字化和管理水平，實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源信息共享，為塔里木盆地野生生物種質(zhì)資源的保護(hù)、研究、開(kāi)發(fā)及合理利用提供信息服務(wù)和科學(xué)決策依據(jù)。同時(shí)該系統(tǒng)建設(shè)也是區(qū)域特色種質(zhì)資源科學(xué)數(shù)據(jù)共享工程的重要組成部分，也是塔里木盆地沙漠經(jīng)濟(jì)和生態(tài)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)支持和重要保障。

為構(gòu)建符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的具有區(qū)域特色的種質(zhì)資源共享系統(tǒng)，在軟件工程指導(dǎo)思想和方法的指導(dǎo)下將信息庫(kù)的構(gòu)建過(guò)程分為五個(gè)主要階段:第一階段對(duì)現(xiàn)有植物種質(zhì)資源成果數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，進(jìn)行實(shí)際需求分析，提出要解決的問(wèn)題;第二階段為知識(shí)儲(chǔ)備階段，主要為國(guó)家基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、信息描述規(guī)范、平臺(tái)共享機(jī)制等的學(xué)習(xí)，以及現(xiàn)有資源平臺(tái)的收集和分析;第三階段為數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、信息庫(kù)功能模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);第四階段將種質(zhì)資源信息入庫(kù)，測(cè)試并改進(jìn);最后階段是共享管理機(jī)制的建立、推廣及應(yīng)用，塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源共享信息庫(kù)構(gòu)建如下圖1 所示。

圖1 塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源共享信息庫(kù)架構(gòu)圖

2.2 共享信息庫(kù)技術(shù)構(gòu)架

共享信息庫(kù)是以數(shù)據(jù)共享門(mén)戶(hù)網(wǎng)站建設(shè)為核心的，采用目前主流的基于B/S 和ASP.NET的技術(shù)架構(gòu)，采用自下而上的設(shè)計(jì)方法對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)、調(diào)試及維護(hù)，采用IIS 架設(shè)Web 站點(diǎn)，Microsoft SQL Server 管理并提供后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)，整個(gè)系統(tǒng)按應(yīng)用功能分為三層:數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、頁(yè)面顯示層［9］，結(jié)構(gòu)體系如圖2 所示。其中數(shù)據(jù)訪問(wèn)層主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的操作，與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，如添加、刪除、更新數(shù)據(jù)，為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)服務(wù);業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)邏輯處理及有效驗(yàn)證功能，如添加、修改、查詢(xún)業(yè)務(wù)等;頁(yè)面顯示層負(fù)責(zé)接受用戶(hù)請(qǐng)求，并將業(yè)務(wù)邏輯層請(qǐng)求結(jié)果通過(guò)頁(yè)面顯示給用戶(hù)，實(shí)現(xiàn)信息呈現(xiàn)及交互作用。三層體系結(jié)構(gòu)的B/S 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將業(yè)務(wù)訪問(wèn)規(guī)則、數(shù)據(jù)操作、合法性校驗(yàn)等工作放到了中間層進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)以不同接入方式訪問(wèn)和操作信息庫(kù)，有效的保護(hù)共享平臺(tái)和管理訪問(wèn)權(quán)限，對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)起到安全保護(hù)作用。

圖2 種質(zhì)資源信息庫(kù)系統(tǒng)的三層體系結(jié)構(gòu)圖

2.3 植物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)規(guī)范

作為以共享為目標(biāo)的植物種質(zhì)資源信息系統(tǒng)建設(shè)，植物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)描述的規(guī)范性是信息系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是保證數(shù)據(jù)的可比性和權(quán)威性的重要先決條件。植物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的描述既要考慮利用者的需要，也要考慮資源收集者的實(shí)際情況，但最終是要以資源共享為目標(biāo)的，這就要求統(tǒng)一植物種質(zhì)資源共性信息，統(tǒng)一描述項(xiàng)目。塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源信息按照國(guó)家自然科技資源平臺(tái)《植物種質(zhì)資源共性描述規(guī)范》進(jìn)行描述，植物種質(zhì)資源信息按描述符類(lèi)別分為六類(lèi)，即為護(hù)照信息、標(biāo)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(lèi)描述信息中，基本保留了規(guī)范描述的所有信息，同時(shí)也考慮了實(shí)際信息記錄要求，增加了描述項(xiàng)目，但基本做到信息描述的一致性，以利于信息的共享及長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展需要，具體描述信息如表1 所示。

表1 部分植物種質(zhì)資源信息模式描述表

2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)組成

塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源信息已經(jīng)按照信息存儲(chǔ)特點(diǎn)分類(lèi)整理為信息庫(kù)、圖片庫(kù)和電子標(biāo)本庫(kù)等三個(gè)分庫(kù)進(jìn)行保存，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的野生植物信息數(shù)據(jù)庫(kù)、野生植物電子標(biāo)本數(shù)據(jù)庫(kù)、野生植物圖片數(shù)據(jù)庫(kù)。野生植物信息數(shù)據(jù)庫(kù)里面存儲(chǔ)了植物種質(zhì)資源詳細(xì)信息，是植物種質(zhì)資源信息共享的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)字段包含了所有上述6 類(lèi)描述信息，資源編號(hào)設(shè)置為主碼，在查詢(xún)時(shí)按照不同的訪問(wèn)權(quán)限以多種數(shù)據(jù)視圖顯示。

野生植物圖片數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)信息包含種質(zhì)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(diào)查和標(biāo)本采集過(guò)程中對(duì)植物進(jìn)行拍攝拍照，圖片經(jīng)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(shí)等分別予以命名和保存。對(duì)應(yīng)圖片數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)信息主要為第1 類(lèi)護(hù)照信息，為資源編號(hào)、種質(zhì)名稱(chēng)、種質(zhì)外文名、科名、屬名、種名、原產(chǎn)地、省、國(guó)家、來(lái)源地等信息，詳細(xì)信息的查詢(xún)則按訪問(wèn)權(quán)限訪問(wèn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)信息。

野生植物電子標(biāo)本數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)電子標(biāo)本信息，電子標(biāo)本是對(duì)制作的實(shí)物臘葉標(biāo)本進(jìn)行拍照，應(yīng)用圖片處理軟件進(jìn)行處理后制作電子標(biāo)本，電子標(biāo)本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信息為采集編號(hào)、資源編號(hào)、植物名稱(chēng)、科名、學(xué)名、采集者編號(hào)、采集時(shí)間、產(chǎn)地、環(huán)境、生境、土壤、海拔、性狀、體高、鑒定者編號(hào)、鑒定日期等信息，詳細(xì)信息的查詢(xún)以資源編號(hào)訪問(wèn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，圖3 為毛茛科部分植物種質(zhì)資源電子標(biāo)本數(shù)據(jù)庫(kù)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(biāo)本數(shù)據(jù)庫(kù)信息與信息數(shù)據(jù)庫(kù)信息存儲(chǔ)的冗余度較大，主要是為了保持電子標(biāo)本數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性，便于共享及查詢(xún)。

圖3 毛茛科部分植物種質(zhì)資源電子標(biāo)本數(shù)據(jù)庫(kù)

此外，共享信息庫(kù)還包含用戶(hù)信息庫(kù)，主要存儲(chǔ)系統(tǒng)管理人員、種質(zhì)資源采集人員、種質(zhì)資源提供人員、訪問(wèn)用戶(hù)或是系統(tǒng)共享會(huì)員等人員詳細(xì)信息，不同人員根據(jù)擁有的訪問(wèn)權(quán)限訪問(wèn)或是操作資源信息，圖4 為塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源共享信息庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)組成結(jié)構(gòu)圖。

圖4 野生植物種質(zhì)資源信息庫(kù)的共享模式

3 信息庫(kù)共享管理機(jī)制

建立健全合理的信息庫(kù)共享管理機(jī)制是保證共享系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)［10］。數(shù)據(jù)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(shí)產(chǎn)權(quán)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(shí)現(xiàn)靈活的共享管理，積極引導(dǎo)數(shù)據(jù)提供者或是所有者參與到共享系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理中來(lái)，信息庫(kù)共享管理采用了二級(jí)管理模式:技術(shù)管理和數(shù)據(jù)管理。技術(shù)管理人員負(fù)責(zé)系統(tǒng)的規(guī)劃、維護(hù)、數(shù)據(jù)提供者的權(quán)限分配以及科研人員的培訓(xùn)等，具體工作有系統(tǒng)運(yùn)行的管理、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的保密與安全、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的審核、用戶(hù)權(quán)限的分配、硬件的維護(hù)等;數(shù)據(jù)管理由數(shù)據(jù)提供者和系統(tǒng)管理員共同完成，系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的技術(shù)維護(hù)，數(shù)據(jù)提供者對(duì)數(shù)據(jù)的科學(xué)性以及數(shù)據(jù)共享的級(jí)別進(jìn)行管理。為激勵(lì)系統(tǒng)用戶(hù)積極參與共享信息庫(kù)共建，在技術(shù)上對(duì)用戶(hù)的管理擬采用目前網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)的主流管理模式——會(huì)員積分制，初級(jí)會(huì)員享有一定的數(shù)據(jù)使用權(quán)限，隨著使用的深入，要求會(huì)員提供一定的科學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)行積分，積分越高，訪問(wèn)權(quán)限越大。用戶(hù)若想獲得訪問(wèn)權(quán)限以外的資源信息，可通過(guò)郵件、網(wǎng)上訂購(gòu)、文件傳遞等方式提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，也可以直接聯(lián)系數(shù)據(jù)所有者獲取。

4 結(jié)語(yǔ)

塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源共享信息庫(kù)的構(gòu)建有利于對(duì)新疆科學(xué)數(shù)據(jù)資源的有效管理，提高已有科研數(shù)據(jù)的利用率，減少重復(fù)投入，維護(hù)和增長(zhǎng)整體經(jīng)濟(jì)效益，有利于新疆的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。該共享信息庫(kù)的建設(shè)也是實(shí)施科學(xué)數(shù)據(jù)共享工程的一項(xiàng)重要內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源的信息化管理，為塔里木盆地野生植物種質(zhì)資源開(kāi)發(fā)、利用及資源共享和資源保護(hù)起到積極的推動(dòng)作用［11］，為新疆生物遺傳多樣性保護(hù)和持續(xù)利用的深入研究奠定良好的基礎(chǔ)。

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