云南茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)共享平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

吳文斗　王賢　李泓蒴　劉本英

摘要? 以國家種質(zhì)勐海大葉茶樹資源圃茶組植物25個種3個變種的1 521份茶樹種質(zhì)資源的圖片、農(nóng)藝性狀、生化成分、茶葉加工品質(zhì)、抗寒性、抗病蟲性等特征數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，構(gòu)建云南茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)共享平臺，實現(xiàn)了云南茶樹種質(zhì)資源信息的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化和共享化，有效解決了云南茶樹種質(zhì)資源源數(shù)據(jù)保存分散，以及共享、交流和利用困難等問題。云南茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的管理和共享為科學(xué)合理地管理和利用云南茶樹種質(zhì)資源提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞? 云南茶樹;種質(zhì)資源;特征數(shù)據(jù);共享平臺

中圖分類號? S-058??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? A

文章編號? 0517-6611（2019）24-0230-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.24.068

Design and Implementation of Data Sharing Platform on Yunnan Tea Germplasm Resources

WU Wen-dou， WANG Xian， LI Hong-shuo et al

（College of Big Data， Yunnan Agricultural University， Kunming， Yunnan 650201）

Abstract ?The study was conducted based on the data of 1 521 tea germplasm resources （25 tea species and 3 variants） in the national Menghai Daye Tea Germplasm Resources Garden. By collecting the pictures of tea germplasm resources and data of their characteristics （such as agronomic traits， biochemical components， cold resistance and resistance to pests and diseases）， a data sharing platform of Yunnan tea tree germplasm resources was constructed， which realized the digitalization， networking， visualization and sharing of Yunnan tea germplasm resources information. Meanwhile， it also effectively solved the problems of Yunnan tea tree germplasm resources data in saving， sharing， exchanging and using. The management and sharing of Yunnan tea tree germplasm resources data provided technical support for scientific and rational management and utilization of Yunnan tea germplasm resources.

Key words? Yunnan tea trees;Germplasm resources;Data of characteristics;Sharing platform

基金項目? 農(nóng)作物（茶樹）種質(zhì)資源保護(hù)專項“大葉茶樹種質(zhì)資源收集鑒定、編目、繁殖更新與保存分發(fā)利用”（2014NWB028，2015NWB028，111721301354052000）。

作者簡介? 吳文斗（1974—），男，云南鳳慶人，副教授，碩士生導(dǎo)師，碩士，從事農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)相關(guān)領(lǐng)域研究。*通信作者，研究員，博士，從事茶樹種質(zhì)資源及遺傳改良研究。

收稿日期? 2019-06-13

種質(zhì)資源是農(nóng)作物品種改良的物質(zhì)基礎(chǔ)，是生物多樣性和自然科技資源的重要組成部分，是大自然留給人類的寶貴財富[1]，世界各國把作物種質(zhì)資源建設(shè)作為一種戰(zhàn)略，積極開展作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)。我國農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)起步也比較早，中國作物種質(zhì)信息網(wǎng)（CGRIS）于1991年建立[2]，開啟了我國種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)先河。此后，國內(nèi)多個各具特色的農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫紛紛創(chuàng)建，如國家水稻數(shù)據(jù)庫[3]、北京農(nóng)作物種質(zhì)資源信息服務(wù)平臺[4]、葡萄種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫[5]、煙草種質(zhì)資源在線共享系統(tǒng)等[6-7]，為開展茶葉種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)和應(yīng)用提供了基礎(chǔ)和借鑒。

云南作為茶樹資源的起源中心和原產(chǎn)地，有世界上最豐富的茶樹種質(zhì)資源（包括野生種、農(nóng)家品種、育成品種等），是世界茶組植物分類研究中所占比例最多、分布最廣的地區(qū)，是我國和世界各國發(fā)展茶葉生產(chǎn)和開展茶樹育種工作的珍貴寶庫，其悠久的種茶歷史和得天獨厚的自然條件孕育了豐富的茶樹種質(zhì)資源[8-10]。茶樹種質(zhì)資源不僅是茶樹育種、生物學(xué)研究和開發(fā)利用的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時也是關(guān)系到國家茶葉可持續(xù)發(fā)展基本保障。茶樹種質(zhì)資源承載著高度的遺傳多樣性，是國家重大的基礎(chǔ)戰(zhàn)略資源和自然科技資源必不可少的基礎(chǔ)物質(zhì)條件，具有經(jīng)濟、文化、社會、生態(tài)等多種重要功能。

云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所建設(shè)的國家種質(zhì)勐海大葉茶樹資源圃經(jīng)過30多年的發(fā)展和建設(shè)，已成為國內(nèi)最大、保存種類最多的大葉茶種質(zhì)資源保存圃。截至2015年底，國家種質(zhì)大葉茶資源圃共保存種質(zhì)2 459份，包括山茶科山茶屬25個種和3個變種，收集和積累了大量圖片、農(nóng)藝性狀、生化成分、茶葉加工品質(zhì)、抗寒性、抗病蟲性等特征數(shù)據(jù)，但長期以來數(shù)字化和信息化程度相對較低，隨著圃內(nèi)工作的深入開展和數(shù)據(jù)量的不斷增加，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)查方法和數(shù)據(jù)保存方式已不利于云南茶樹種質(zhì)資源的保存、管理、利用和共享，因此構(gòu)建云南茶葉種質(zhì)資源數(shù)據(jù)平臺和共享平臺勢在必行。鑒于此，筆者開展了云南茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)共享平臺研究和建設(shè)，為云南茶樹種植資源的保護(hù)、開發(fā)、利用和隱在價值挖掘提供支持，具有重要價值和意義。

1? 平臺功能構(gòu)架設(shè)計

云南茶葉種質(zhì)資源共享平臺建立的主要目的是對云南茶樹種質(zhì)資源信息收集、整合、存儲管理、共享、決策分析和可視化展示。為相關(guān)政府部門工作人員、種質(zhì)資源研究人員、茶農(nóng)、茶企和公眾提供云南茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的查詢、瀏覽、統(tǒng)計和比較等服務(wù)。按照平臺管理內(nèi)容，可劃分為種質(zhì)資源信息管理、系統(tǒng)管理、權(quán)限認(rèn)證和數(shù)據(jù)管理四大核心系統(tǒng)，采用面向?qū)ο蠓治龇椒ǎ脚_功能包結(jié)構(gòu)如圖1。

其中，種質(zhì)資源子系統(tǒng)是云南茶葉種質(zhì)資源共享平臺的核心，整個平臺的其他功能都是服務(wù)于種質(zhì)資源的共享和使用，種質(zhì)資源子系統(tǒng)有7個模塊，包括品種資源、品質(zhì)特征、土壤養(yǎng)分、科普文化、統(tǒng)計報表、病蟲害信息以及信息規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，各核心模塊之間相互協(xié)作、相互獨立，符合高內(nèi)聚低耦合的設(shè)計理念。

品種資源是特別復(fù)雜的數(shù)據(jù)，包括矢量空間、地理信息數(shù)據(jù)、地形地貌、植被群落、氣候條件、小生境、理化檢測成分分析、礦物質(zhì)分析、價值功效、植物形態(tài)學(xué)特征以及科普文化資源等信息。品種資源包共有7 個類，分別用于記錄和存儲種質(zhì)資源的矢量空間、地形地貌、小生境、氣候條件、地理信息、植被群落以及茶樹種屬等信息，詳細(xì)記錄和描述了品種資源的各個方面，形成比較完善的品種資源數(shù)據(jù)庫，其實體類如圖2所示。

品質(zhì)特征主要是指茶葉理化分析成分與礦物質(zhì)分析的特征數(shù)據(jù)，是茶葉檢測標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，同時可分析和界定古茶樹的價值功效。

病蟲害信息包含病害和蟲害，病蟲害類主要是記錄和存儲病蟲害的種類、名稱、癥狀、分布規(guī)律、防治要點及藥指導(dǎo)等信息，建立古茶樹病蟲害識別、查詢、預(yù)測、防治和用藥指導(dǎo)較完整的體系。

科普文化資源是對茶山地區(qū)的古茶山、古茶園文化、古茶莊、茶馬古道、名族茶藝、茶園風(fēng)情、茶的傳說及其他茶文化遺跡資源的收集、整理、分析和存儲。

土壤養(yǎng)分主要是對土壤中大量元素、微量元素、重金屬元素的種類、含量和分布等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、整理、分析和存儲，為古茶樹的生長環(huán)境、病蟲害防治以及理化檢測分析等提供支持。

信息規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)是提供加工工藝、法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)化信息以及種植技術(shù)在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的指導(dǎo)，在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的指導(dǎo)下，對古茶樹進(jìn)行科學(xué)化管理。

2? 平臺功能實現(xiàn)

2.1? 技術(shù)實現(xiàn)方案

采用面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法進(jìn)行軟件平臺的開發(fā)，通過面向?qū)ο蟮腗VC模式，即模型、視圖和控制器實現(xiàn)系統(tǒng)。平臺使用 MySql 為后臺數(shù)據(jù)庫，Eclipse 為 IDE 開發(fā)工具，IBM Rational Architecture 和 Rational Rose 為建模工具。平臺采用分層設(shè)計，分為 DAO、service、Controller、View 層，嚴(yán)格按照 Web 安全規(guī)范，采用前后臺雙重驗證，參數(shù)編碼傳輸，密碼使用 MD5 加密，Shiro 權(quán)限驗證，有效防范 SQL 注入攻擊、XSS 攻擊、CSRF 等常見攻擊手段。

2.2? 核心功能模塊實現(xiàn)

2.2.1? 云南茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫平臺實現(xiàn)。

平臺將利用元數(shù)據(jù)管理技術(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)資源屬性特征建立種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)（平臺），實現(xiàn)種質(zhì)資源的分類、分層和多樣化展示，為用戶提供云南茶樹種質(zhì)資源應(yīng)用服務(wù)。茶組植物25個種3個變種的1 521份茶樹種質(zhì)資源收集整合，實現(xiàn)了茶樹資源的數(shù)字化和可視化。

主要實現(xiàn)了種質(zhì)數(shù)據(jù)查詢、作物資源照片在線展示、種質(zhì)資源數(shù)據(jù)地圖查看、種質(zhì)信息規(guī)范在線查看、科普文化在線查看、病蟲害數(shù)據(jù)在線查看及統(tǒng)計、茶樹種質(zhì)資源現(xiàn)狀分布、土壤類型、地形地貌等數(shù)據(jù)展示功能，該研究僅列出部分界面實例。

2.2.1.1? 種質(zhì)資源檢索與瀏覽。

在云南茶樹種質(zhì)資源平臺搜索界面輸入要查詢的相關(guān)種質(zhì)關(guān)鍵字，點擊“搜索”，如圖 3 所示檢索界面。

2.2.1.2? 種質(zhì)資源分布管理。

平臺采用基于百度地圖引擎和API接口，實現(xiàn)基于地理信息系統(tǒng)的種質(zhì)資源分布管理和展示，具體如圖4所示。

2.2.1.3? 茶樹資源管理。

通過對古茶山古茶樹分布的區(qū)域、海拔、經(jīng)緯度、形態(tài)特征和生物學(xué)特性、品質(zhì)特性、抗逆性、抗病蟲性等特性數(shù)據(jù)的數(shù)字化整理，實現(xiàn)了古茶樹資源信息化（圖5）。

2.2.2? 后臺管理系統(tǒng)實現(xiàn)。

后臺支持有關(guān)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息的增減修改、數(shù)據(jù)信息的云端存儲以及統(tǒng)計分析、分權(quán)限用戶角色管理、系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)置以及系統(tǒng)的異常的監(jiān)控管理（圖6）。

3? 小結(jié)

在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所積累的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，在云南省打造綠色是品牌戰(zhàn)略和千億云南茶樹發(fā)展戰(zhàn)略背景下開展研究，構(gòu)建云南茶樹種質(zhì)資源應(yīng)用平臺，并實現(xiàn)相應(yīng)功能模塊，取得了一定效果，但也存在不足，具體總結(jié)如下：

（1）云南茶樹種質(zhì)資源數(shù)據(jù)共享平臺建成大大提高了西雙版納州乃至整個云南省茶葉信息管理和公共服務(wù)能力，更有效配置科技經(jīng)濟資源，具有較好的社會效益。該研究填補了云南省茶樹種質(zhì)資源平臺建設(shè)的空白，為科學(xué)研究提供便利的平臺，具有實踐創(chuàng)新意義。

（2）云南茶樹種質(zhì)資源平臺服務(wù)對象廣泛：為政府制定保護(hù)珍稀樹種和植物資源開發(fā)利用方面的政策和法規(guī)提供參考和決策依據(jù)，滿足政府部門公共事務(wù)處理和政策法規(guī)管理的要求;為科研工作者提供完備的古茶樹科學(xué)數(shù)據(jù)，為名山名茶研究及古茶樹資源保護(hù)利用提供詳實的數(shù)據(jù)支撐，加快古茶樹研究領(lǐng)域科研分析的深度和科技轉(zhuǎn)化力度;為公眾和社會提供全方位的古茶樹區(qū)域物種生態(tài)信息和地理人文信息，鑄就深厚名山名茶文化底蘊，利用區(qū)域品牌與企業(yè)品牌結(jié)合的思路，推動云南茶葉產(chǎn)業(yè)跨越發(fā)展。

（3）系統(tǒng)平臺界面設(shè)計友好，用戶體驗較好，功能設(shè)計完備，性能較高，對云南茶樹種質(zhì)資源的數(shù)據(jù)收集與推廣應(yīng)用有重要意義。

（4）在今后的研究中，應(yīng)加強基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析和決策功能，完善數(shù)據(jù)規(guī)模，加強應(yīng)用推廣。

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