伊犁河谷植物區(qū)系物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

摘 要：伊犁河谷生物多樣性的調(diào)查、研究和保護(hù)是伊犁河谷實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文對(duì)結(jié)合了傳統(tǒng)植物分類學(xué)及DNA條形碼技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，制作數(shù)字化植物標(biāo)本，并對(duì)Web平臺(tái)的展示方式進(jìn)行一定的研究和討論，使用合適的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和相關(guān)多媒體信息處理技術(shù)及動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)制作技術(shù)，按照已有的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，完成“伊犁河谷植物區(qū)系物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)整理和保存伊犁河谷植物多樣性資源成果并進(jìn)一步輔助河谷植物多樣性保護(hù)與管理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：伊犁河谷植物物種資源；DNA條形碼；數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)；Web網(wǎng)站

中圖分類號(hào)：TP392

伊犁河谷是全國(guó)五大陸生生物多樣性的分布區(qū)之一，但與國(guó)內(nèi)其它山區(qū)植物區(qū)系研究相比較，伊犁河谷植物區(qū)系研究相對(duì)滯后。學(xué)術(shù)界和伊犁州政府關(guān)注伊犁河谷植物區(qū)系多樣性的研究與保護(hù)，人大代表將伊犁河谷生物多樣的研究和保護(hù)作為一項(xiàng)議案提交人大代表討論，伊犁州政府在《實(shí)施生態(tài)立州戰(zhàn)略構(gòu)建和和諧伊犁的思路與對(duì)策研究》中將伊犁河谷生物多樣的調(diào)查、研究和保護(hù)作為實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

隨著全球物種多樣性的不斷喪失，生態(tài)學(xué)家將對(duì)區(qū)域物種的調(diào)查、分類、物種資源庫(kù)的創(chuàng)建視為21世紀(jì)生物學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。當(dāng)前傳統(tǒng)植物分類學(xué)和DNA條形碼（DNA barcoding）技術(shù)的結(jié)合成為生物多樣性的鑒別、保護(hù)和利用的主流思路。DNA條形碼技術(shù)通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)基因片段鑒別物種，根據(jù)確定的基因段組合標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)物種生成對(duì)應(yīng)的DNA條形碼。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將生物物種DNA條形碼集合起來(lái)，組織它們的多態(tài)性、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及相關(guān)描述（包括它們的科學(xué)命名、來(lái)源物種分類名稱、參考文獻(xiàn)）等信息的資料庫(kù)，就是DNA數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)建立DNA條形碼數(shù)據(jù)庫(kù)，可一次性快速鑒定大量樣本，還可以將研究成果不斷地加入數(shù)據(jù)庫(kù)，成為永久性資料，從而推動(dòng)分類學(xué)科更加快速深入地發(fā)展。目前，DNA條形碼數(shù)據(jù)庫(kù)已成為生物物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)的重要組成部分。

1 國(guó)內(nèi)外植物區(qū)系物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展現(xiàn)狀

西方發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)60年代就建立起用計(jì)算機(jī)管理的植物文檔，到了80年代便形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。國(guó)外的植物數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大，資料來(lái)源廣泛，可靠度高，網(wǎng)絡(luò)化程度高，與多媒體技術(shù)較好結(jié)合，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較完善，并且擁有比較多的大型數(shù)據(jù)庫(kù)。由美國(guó)農(nóng)業(yè)部自然資源保護(hù)局創(chuàng)建的“Plants Database”是現(xiàn)今世界上植物數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的典范。

目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成并公開發(fā)布的權(quán)威植物物種信息數(shù)據(jù)庫(kù)是由昆明植物研究所、中科院植物所、武漢植物園和華南植物園聯(lián)合建設(shè)的“中國(guó)植物物種信息數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)”。它是一個(gè)符合國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、有嚴(yán)格質(zhì)量控制與管理、具有完整性和權(quán)威性、具國(guó)際領(lǐng)先地位的中國(guó)植物物種信息數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)已于2011年初整合了來(lái)自《中國(guó)植物志》、《Species 2000》、《中國(guó)種子植物數(shù)據(jù)庫(kù)》的中國(guó)植物物種名單，形成了目前較為完整的中國(guó)植物物種標(biāo)準(zhǔn)名錄，并且整合了中科院華南植物園建設(shè)完成的植物染色體數(shù)據(jù)庫(kù)。

中科院昆明植物所建設(shè)的“植物DNA條形碼數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”主要依托中國(guó)西南野生生物種質(zhì)資源庫(kù)，根據(jù)植物DNA條形碼的特點(diǎn)，研究并構(gòu)建了重要植物類群的植物DNA條形碼系統(tǒng)。

2011年初，通過(guò)建立新疆植物物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)和信息共享系統(tǒng)等，新疆維吾爾自治區(qū)已初步構(gòu)建植物遺傳多樣性有效保育和開發(fā)利用科技創(chuàng)新平臺(tái)。

新疆植物學(xué)會(huì)已初步建成“生物多樣性數(shù)據(jù)庫(kù)”，但到目前為止“天山植物區(qū)系”仍在建設(shè)中。

2 構(gòu)建伊犁河谷植物區(qū)系物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)的科學(xué)意義

在傳統(tǒng)植物分類學(xué)和DNA條碼技術(shù)結(jié)合生成的植物標(biāo)本及分類信息的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)字化手段將這些信息收集、處理、存儲(chǔ)和傳輸，建設(shè)伊犁河谷植物區(qū)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)Web方式發(fā)布，是整理和保存伊犁地區(qū)植物多樣性資源成果并進(jìn)一步輔助河谷植物多樣性保護(hù)與管理的重要手段，對(duì)其加以合理利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值：

（1）通過(guò)整理和保存伊犁河谷植物區(qū)系標(biāo)本資源，備份伊犁河谷植物區(qū)系物種組成及其分布的重要資料，為科研、生產(chǎn)和實(shí)施可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)；

（2）通過(guò)建立DNA條形碼數(shù)據(jù)庫(kù)，為今后進(jìn)行植物物種識(shí)別和鑒定提供便利，今后更可將新的研究成果不斷地加入數(shù)據(jù)庫(kù)，使其成為永久性資料；

（3）通過(guò)建設(shè)物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)為我院教師和學(xué)生提供伊犁河谷植物多樣性資源的查詢新途徑；

（4）通過(guò)Web網(wǎng)站促進(jìn)伊犁河谷植物多樣性研究的區(qū)內(nèi)外合作交流。

3 構(gòu)建伊犁河谷植物區(qū)系物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)所要做的工作

對(duì)已搜集好的伊犁河谷植物物種多樣性資源以及生成的DNA條形碼進(jìn)行數(shù)字化處理，制作數(shù)字化植物標(biāo)本，并對(duì)Web平臺(tái)的展示方式進(jìn)行一定的研究和討論，使用合適的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和相關(guān)多媒體信息處理技術(shù)及動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)制作技術(shù)，按照已有的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，完成伊犁河谷植物區(qū)系物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

本數(shù)據(jù)庫(kù)涉及伊犁河谷（包括八縣一市）的植物物種?；趥鹘y(tǒng)植物分類學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，提供的數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括：植物物種的標(biāo)準(zhǔn)名稱、基本信息、系統(tǒng)分類學(xué)信息、生態(tài)信息、生理生化性狀描述信息、生境與分布信息、文獻(xiàn)信息等。普通用戶利用該數(shù)據(jù)庫(kù)可查詢到相關(guān)植物數(shù)據(jù)、植物名稱信息以及植物分布情況的詳細(xì)信息。基于DNA條形碼技術(shù)，將與DNA基因片段匹配的DNA序列文件以標(biāo)準(zhǔn)的文件格式存儲(chǔ)起來(lái)。注冊(cè)用戶利用該數(shù)據(jù)庫(kù)可下載DNA條形碼進(jìn)行后續(xù)的植物物種識(shí)別和鑒定工作。

建設(shè)B/S模式下的動(dòng)態(tài)信息平臺(tái)，通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)接入，使用戶能夠使用瀏覽器進(jìn)行植物數(shù)字化標(biāo)本的管理、瀏覽、查詢及資源共享等操作。

3.1 面向管理者的功能模塊

（1）輸入功能：將植物標(biāo)本的文本和圖片及實(shí)景視頻等的相關(guān)信息錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（2）修改、刪除功能：通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中標(biāo)本信息的修改、補(bǔ)充或刪除。

（3）文件導(dǎo)入功能：通過(guò)EXCEL文件導(dǎo)入DNA條形碼數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)DNA序列文件在數(shù)據(jù)庫(kù)中以文件名作為存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)。

3.2 面向用戶的功能模塊

（1）物種信息檢索：主要提供面向大眾的植物信息、標(biāo)本信息的查詢服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)多種途徑的單一或組合查詢。

（2）DNA條形碼檢索：主要提供面向?qū)I(yè)人士的植物物種DNA條形碼的查詢和下載服務(wù)。

（3）圖片及視頻的使用：顯示與播放植物標(biāo)本的形態(tài)照片和用于描述植物生境的動(dòng)態(tài)信息視頻文件。

4 擬采取的方案

本項(xiàng)目采用的是基于J2EE應(yīng)用服務(wù)器技術(shù)的B/S體系結(jié)構(gòu)，Web服務(wù)架構(gòu)如“圖1”所示：

根據(jù)多種動(dòng)態(tài)腳本及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定使用具有運(yùn)行環(huán)境獨(dú)立于硬件配置和操作系統(tǒng)、靈活性高、可移植性強(qiáng)、使用組件開發(fā)方式、代碼便于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)的JSP作為生成動(dòng)態(tài)頁(yè)面的腳本語(yǔ)言，采用開源的Web應(yīng)用服務(wù)器Tomcat 作為虛擬服務(wù)器，采用與JSP高度兼容的開源的MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。使用基于Java的、開放源碼的、可擴(kuò)展的應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)Eclipse，它提供了集成的Web和應(yīng)用程序開發(fā)平臺(tái)，并且可以通過(guò)插件來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的快速開發(fā)。在Eclipse的基礎(chǔ)上安裝MyEclipse插件，它提供了包含CCS/JS/HTML/XML編輯器、創(chuàng)建Struts項(xiàng)目向?qū)?、編輯Hiberbate配置文件和執(zhí)行SQL語(yǔ)句的工具。在使用MySQL的基礎(chǔ)上，使用MySQL-Front圖形用戶界面對(duì)所建數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的修改、備份和加載。

5 構(gòu)建伊犁河谷植物區(qū)系物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)新之處

目前還沒有面向伊犁河谷的植物多樣性研究的數(shù)字化成果，僅有的藥用植物多樣性分析也僅僅做到了數(shù)據(jù)收集，并沒有通過(guò)數(shù)字化形式將成果保存并加以利用。

伊犁河谷植物區(qū)系物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，針對(duì)伊犁河谷豐富的植物資源，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并且結(jié)合了傳統(tǒng)植物學(xué)和DNA條形碼技術(shù)研究成果，按照植物學(xué)規(guī)范收集、加工、存儲(chǔ)和發(fā)布伊犁河谷植物多樣性成果，制作數(shù)字化植物標(biāo)本和構(gòu)建伊犁河谷植物區(qū)系物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)，將為深入研究伊犁河谷植物區(qū)系物種組成、保護(hù)和合理利用植物資源提供第一手資料。

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作者簡(jiǎn)介：馬蘭（1982-），女，回族，新疆人，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

作者單位：伊犁師范學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，新疆伊寧 835000

資助項(xiàng)目：伊犁河谷植物區(qū)系物種資源數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，伊犁師范學(xué)院科研項(xiàng)目一般項(xiàng)目（2012YB019）。