药用植物学资源数据库的构建与实践

2013-09-14程博琳朱宗成王小娟王小刚

中国医药导报 2013年22期

吴江程博琳朱宗成王小娟陈希王小刚

1.华中科技大学同济药学院，湖北武汉 430030；2.华中科技大学同济基础医学院，湖北武汉 430030

药用植物学是中药学和药学的专业基础课程，是一门实践性很强的学科[1-2]。与其他学科相比，药用植物学教学内容多，信息量大，抽象的概念和形态学术语多，理论知识难于理解和难以记忆[3-4]。其大量的数据信息的查询使用是一个棘手的问题，将现代的数据库技术引入植物资源数据库的管理无疑是一种很好的解决办法，众多的用户通过网络就可使用数据库信息[5-6]。为满足药用植物学理论课、实验课和野外实习的教学要求，有必要构建了一个药用植物学资源数据库，以图像、地图等形式表现教学内容，使学生获得对药用植物直观感性的认识，从而更好地掌握专业知识。

1 药用植物学资源数据库的特点

国家级大型植物资源数据库如“中国植物物种信息数据库”，主要是为科研人员提供专业的植物信息检索，而药用植物学资源数据库主要是为老师教学和学生学习提供辅助作用。两者不同的定位决定了相对小型的药用植物学资源数据库有以下特点：

1.1 植物物种以涵盖教学大纲要求掌握的植物为主

大型植物资源数据库主要是提供专业的植物信息检索，力图涵盖全国各地发现的植物，具有植物物种数量多而全的特点。而药用植物学资源数据库，一方面受老师和学生的能力、精力和时间等条件所限，主要是涵盖校园和野外实习地区的植物；另一方面要求学生以掌握植物学学习和研究方法为主，因此其资源数据库物种数量少，以教学大纲要求掌握的植物为主，辅以其他常见植物。

1.2 植物信息增加药用功效的介绍

大型植物资源数据库所展示的植物信息以植物形态、组织特征、分类鉴定为主。而药用植物学资源数据库所展示的植物信息不仅有植物形态，更包括药用部位和药用功效的介绍，形成自己的特色。

1.3 二次开发以直观形象灵活的方式提高学生的学习兴趣

大型植物资源数据库因为主要是提供植物信息的专业检索，注重基础。而药用植物学资源数据库不仅注重基础，还注重二次开发，通过野外实习专题、校园地图等多种灵活方式提高学生的参与度以及兴趣，直观形象地引导学生掌握植物知识，以便更好地促进学生学习。

2 药用植物资源数据库的设计与实现

2.1 前期准备工作

在进行数据库的构建之前需要对专业知识进行学习，包括植物形态解剖基础理论知识和系统分类基础理论知识。还需充分利用学校的植物资源，对其分布进行较为详细的调查，将校园中的植物进行挂牌标识，同时采集植物分布的图片，最后绘制植物资源分布草图。此外，利用去庐山进行野外实习的机会，对庐山地区的植物资料进行搜集整理，在数据库中设立庐山地区野外实习专题，充分展示庐山植物风貌，更利于标本精确地辨识，同时编写了《庐山野外实习手册》，极大地方便了野外实习的教学工作，提高了学生学习兴趣和野外实习教学的效果。

2.2 开发平台

目前，中小型网站的快速开发广泛采用WAMP开发平台[7-8]，即Windows+Apache+MySQL+PHP组合。Windows是操作系统；Apache是通用的网络服务器；mySQL是带有基于网络管理附加工具的关系数据库；PHP是流行的对象脚本语言。

WAMP平台采用B/S三层体系结构，即表现层、应用层和数据层，其工作原理如图1所示[9-10]。在实际运行过程中，用户在表现层（客户端）浏览器中以提交表单的方式向应用层提出请求，Web服务器（即Apache服务器）接到请求并通过服务器端PHP程序处理相关请求，若接到数据请求，则通过MySQL数据库服务器在数据库中查询数据，并将查询结果处理返回给客户端浏览器。

图1 B/S三层结构体系

2.3 数据模型的建立

现有的数据库系统均是基于某种数据模型的。由于WAMP开发平台采用MySQL数据库，该数据库采用的数据模型是关系模型。关系模型是将数据看成一张规范化的二维关系表，关系模型具有数据结构简单、清晰，易于掌握等特点，成为目前重要的一种数据模型[11]。因此，药用植物学资源数据库采用关系模型作为数据模型。

2.4 数据结构的设计与实现

建立植物数据库首先要分析植物有哪些信息应该被包含在数据库中[12]，关系型数据记录的是各类实体以及实体间的联系。在植物学中，对植物有科学的等级分类，由大到小主要有：门、纲、目、科、属、种[13]，具有明显的层次关系。

在目前的植物信息系统中，一般将植物作为实体[14]。这种数据结构存在两个问题，一是对于分类的层次关系表达不明确；二是数据存在潜在的不一致的隐患，每种植物都有它所属门、纲、目、科、属等分级信息的记录，而有些植物的分类相同，那它们的分类信息必然相同，而这种数据的重复记录就会带来潜在的数据不一致，造成数据的不稳定。

在目前的植物信息系统中，还存在另外一种数据结构，就是将门、纲、目、科、属、种等各个分类作为不同的实体[15]。这种数据结构解决了上面的层次关系表达不明确和数据重复记录的两个问题，但存在自身的缺点：一是代价增加，功能越强大所需的花销也越大，网页程序编写量也大大增加，这与院系学生有限的精力、数据库需求相冲突；二是数据结构太细致化，同时导致数据结构庞大，不灵活，而院系的实际教学过程中，考虑各方面情况，不需要诸如亚门、亚纲等分类，数据结构无需太细致。

综合起来，为解决这些问题，在数据结构中，采用一种折中的方法，即设计两种实体类型，将门、纲、目、科、属、种等分类与物种相区别。分类的属性主要有中文名和拉丁名；物种的属性主要包括种的名称信息（包括种的拉丁名、中文名和别名）、形态特征、药用部位和药用功效等。这些属性在实际应用中还可以进行不同的取舍。

对于实体之间的层次关系，需要设计一个字段来记录。改进后的植物信息数据结构最终实现见表1、2。

表1 植物分类信息

表2 植物物种信息

3 基于药用植物资源数据库的二次开发

建立药用植物资源数据库不是终极目的，而是为了促进教学。为了更大限度的利用资源，采用网络的丰富形式调动学生兴趣，以药用植物资源为基础，针对药用植物学的教学实际以及校园植物资源的分布情况，通过二次开发，分别建立野外实习专题和以校园地图直观形式的校园植物检索，与植物资源数据库相连通，最终建立起药用植物学资源数据库，网址为www.tjflora.com。

网站有四个主功能，分别由“植物检索”、“庐山实习”、“校园植物”和“课外实践”四个栏目板块实现。辅之以“首页”和“我们”两个栏目板块，完成网站简介及引导使用、团队介绍和留言反馈等辅助功能。见图2。

图2 网站功能框架

网站6个板块的具体功能如下所述：①“首页”板块主要是对网站和各个板块的内容功能进行介绍，引导用户使用网站。②“植物检索”板块提供三种检索植物信息的方式，分别是字母检索、系统检索和文字搜索，不同需求的用户可以根据自己的情况选择合适的检索方式，快速地检索到植物信息。在该数据库中，录入了收集整理四百余种药用植物，可以在线浏览药用植物所属植物系统分类、药用部位、药材名称、中药功效和校园分布等内容。③“庐山实习”板块可以检索关于庐山野外实习的植物，涵盖药用植物学野外实习所要求掌握的植物，适应野外实习的要求。针对野外实习，一方面加入学生实习活动照片和实习地区风光，另一方面添加野外实习安全、标本制作等方面的指导文章，还可以根据院校的特点加入学生的实习心得，形成野外实习专题，借助网页技术营造实习的气氛，让学生在熟悉的实习氛围中学习，提高学生的学习兴趣。④“校园植物”板块以三级地图的形式形象地展示校园植物。首先，以3D的一级校园整体地图对校园进行优美宏观展示，用户可以根据对校园位置的熟悉快速点击想要查看的区域；之后，进入更细致的2D平面校园地图进行更清晰的定位查找；进入具体的区域后，可以看到实物照片形成的地图，用户可以很直观便捷地看到想要查看的植物；点击植物后，链接到该药用植物的信息网页，每一种药用植物的网页中包括其形态特征的描述、产地分布的介绍、校园位置的标注以及药用价值的说明，并附有多张该种药用植物不同部位形态特征的数码照片。以校园地图的形式形象直观地展示校园植物物种分布，帮助学生了解学校植物物种分布，并可以快速检索植物，提高检索和学习植物的效率。⑤“课外实践”板块可以查看文章，并可以下载附件，老师和学生可以发布活动情况或活动经验，增加与学生的联系，为学生提供更多的电子信息。⑥“我们”板块分两个二级栏目，分别是：“关于我们”栏目介绍了院系的相关情况；“留言”栏目主要是让网站使用者发现数据存在问题时可以留言反馈，帮助提高数据的准确性。

4 结束语

结合院校的教学要求实际情况，运用植物学知识对药用植物学资源数据库的数据进行分析，明确数据库的实用性和教学性等特点，使之更好地与数据相结合，从而建立起药用植物学资源数据库。应用校园药用植物资源数据库，实现了传统分类资料的数字化、网络化，极大地提高了植物信息查询效率，并实现了数据资源的网络共享。同时，以校园药用植物资源数据库为基础进行拓展，利用现代网络技术，建立野外实习专题页面和以校园地图形式等多种方式，提高学生的学习兴趣，从而促进对植物学知识的掌握，给药用植物学教学带来积极推动作用。

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