中国药用植物种质资源迁地保护信息管理系统设计与实现△

王秋玲，陈彬，王文全，张昭，李标*，魏建和*

(1.中国医学科学院 北京协和医学院 药用植物研究所，北京 100193；2.上海辰山植物园，上海 201602)

·专论·

中国药用植物种质资源迁地保护信息管理系统设计与实现△

王秋玲1，陈彬2，王文全1，张昭1，李标1*，魏建和1*

(1.中国医学科学院 北京协和医学院 药用植物研究所，北京 100193；2.上海辰山植物园，上海 201602)

中国众多的药用植物迁地保护机构已经收集和保存了大量的药用植物种质资源。本研究在分析各类保存资源现状的基础上，利用数据库和网络信息技术，设计开发中国药用植物种质资源迁地保护信息管理系统，用于管理具有凭证信息的全国药用植物迁地保护信息，同时实现不同迁地保护单位独立管理、多途径访问查询、数据统计等功能，可为各单位合理布局药用植物种质资源迁地保护工作，以及各级管理相关行业管理部门提供决策参考。

药用植物种质资源；迁地保护；信息管理系统

药用植物种质资源迁地保护工作具有重要意义，是资源实现可持续利用重要途径之一[1-4]。多年来，我国建立了大批专门的迁地保护单位或部门，资源保护的形式主要包括各大药用植物园进行引种栽培保存，及利用低温保存技术进行离体保存的种质库，保存材料包括活体植株、种子和其他遗传信息载体等[5]。各迁地保护单位拥有各自不同形式的保存资源信息，有的还进行了数字化管理。以中国科学院西双版纳植物园、武汉植物园及华南植物园为代表的保护单位，共建了信息庞大的植物园主题数据库，其中虽有大量药用植物，但尚无针对药用植物资源特点的主题数据库，且覆盖单位有限。

我国药用植物种质资源迁地保护的整体信息还未能被掌握。究竟有多少物种已经得到保护？还有哪些被遗漏？分散的保护单位空间布局是否合理？特别是针对濒危药用植物种质资源，是否达到了有效的保护数量？是否存在过度重复保护？引种保存的效果如何？系列问题都有待信息被全面掌握后进行判断和决策。为此，中国医学科学院药用植物研究所在已建立国家药用植物园体系的基础上，建设首个“中国药用植物种质资源迁地保护信息管理系统”，逐步收集全国药用植物迁地保护机构的物种信息，可为各单位合理布局药用植物种质资源迁地保护工作，以及各级管理相关行业管理部门提供决策参考。现将该系统设计方法和进展报告如下。

1 系统的功能

(1)迁地保护资源管理功能：在迁地保护资源的类型中，活体栽培资源的管理最为复杂。药用植物在引种入园后，除了最开始的引种信息记录，常常还需要累年进行移栽、扩繁、栽培管理，及不定期盘点存活现状等工作，全程信息的记录工作量较大。因此，本系统首次对迁地保护活体栽培药用资源的数字化管理过程进行了设计开发，以便捷的操作方式，实现管理过程产生信息的全程数字化凭证记录。对于管理过程中信息相对简单的离体材料，开发独立于活体资源的管理系统。最终实现不同机构对各自迁地保护资源独立、便捷的管理功能。

(2)药用植物种质资源迁地保护信息共享功能：不同机构上传的迁地保护资源信息，在系统后台进行自动化整合后，将为网络所有访问者提供保护信息查询功能，查询内容包括我国药用植物迁地保护资源总量，具体物种在不同机构的保存信息，以及该物种的药用背景信息。这可为科研工作者提供科研和交流服务，为各级管理部门提供药用植物种质资源保护与利用等方面的决策信息。

(3)面向公众科普功能：系统的网页查询界面还设计了药用植物种质资源迁地保护行业信息、参观攻略、养生体验和成果分享栏目，作为面向公众普及药用植物种质资源保护知识的平台。公众还可通过手机终端，在进行药用植物园参观时，现场扫描二维码查询物种信息，并通过关注微信公众号，随时随地查询资源信息及相关资讯。

2 设计原则

可靠与稳定性——设计系统的结构不会因局部故障导致全系统瘫痪，并可保证长时间不间断正常工作。系统应当稳定运行，出现卡机、死机、断网等情形的概率低，并且恢复速度快，信息保存时间长，查询速度快捷、稳定。

操作实用性——系统在实现保护资源管理时，对于信息的收集和上传应具有便捷、高效的优势；在管理界面保证不具备专业计算机知识的人经过短期培训即能较快的完成所需操作。

可扩展性——系统的功能及网络节点应具有良好的扩展性，日后可根据需要进行数据库结构、内容及相关功能子模块的不断扩充。

3 系统的设计与实现

3.1 底层数据内容

3.1.1 基础数据 基于Species2000、Flora of China、《中国中药资源丛书》、《世界药用植物速查辞典》、《中国民族药志》、《中国物种红色名录》、《中国植物红皮书》、《濒危动植物国际贸易公约(CITIES)》、《中国国家重点保护野生植物名录(第一批)》、《国家重点保护野生药材物种名录》，及我国各省物种保护名录等资料，整理汇集含46 203种世界药用植物接受名、异名、中文名、中文别名、药用部位、常用功效及各民族用药信息、濒危保护等级等信息的基础数据库。

3.1.2 迁地保护物种信息 将管理的种质资源对象，按照物种、保存机构该物种、种质、植株个体的4个逻辑管理层次，进行相关数据信息的收集、录入和展示。植株个体作为最小管理单元，收集信息包括编号、物种鉴定信息、图像凭证、引种信息、保存位置、迁地管理信息和条码更换信息，每类信息具体包括内容见表1。

表1 中国药用植物种质资源迁地保护信息数据库活体植物株信息内容

3.1.3 其他多源异构型迁地保护信息 该类信息已设置包括不同机构所建种质库、DNA库、凭证腊叶标本库和药用真菌库信息。由于不同机构均已建有不同字段形式的信息库，数据库在建设时综合抽提关键信息字段作为收集、展示内容，并且为未来调整字段提供用户自定义修改入口。

3.2 迁地保护资源凭证信息的获得方式

以现场影像和精确坐标作为保存资源的凭证信息，是最为便捷和有效的形式。然而，目前已有的药用植物迁地保护机构中，极少开展了物种坐标定位与现场影像匹配工作。大量机构保存有物种的图像资料，却很难进行定位，原因在于传统的精确定位依靠坐标仪逐一绘图标定，操作费时且费用较高，加之保存的草本物种常需移栽管理，再次定位困难。随着手持式GPS设备的普及，利用成本约几百元的轨迹仪，根据照相机记录拍摄时间，可实现现场影像与精确位点信息的高效采集(图1)[5]。

图1 迁地保护资源凭证信息获得方法示意图

3.3 数据库访问前台与后台管理入口设计

系统根据功能的需要，设计了三个访问入口，分别是电脑终端IE访问网页、手机二维码扫码查询网页和微信公众号界面(图2)。后台管理入口均为电脑终端IE访问网页。鉴于各药用植物园物种清查工作需要进行后期协作鉴定，与种质库、DNA库等其他库体的信息采集工作存在较大差异，系统将药用植物园与多源异构型信息管理系统分别设置了管理入口。不同保存单位在注册获得独立的登录账户后，独立对本单位的信息进行管理。对于门户信息的管理及注册单位权限设置，单独在查询主页设置最高权限的管理账户。

注：A.IE访问入口界面；B.手机二维码扫码查询网页；C.微信公众号搜索界面图2 中国药用植物种质资源迁地保护信息管理系统公众访问界面

3.4 管理系统功能模块设计

3.4.1 常规内容管理系统 基于成熟的内容管理系统(Content Management System，CMS系统)，根据药用植物种质资源迁地保护信息数据库的需求进行定制开发，包括前台和后台，提供用户注册、认证、个人信息维护、栏目定制、文章数据编辑管理和展示等功能。栏目设置包括组织机构、历史背景、工作动态、科研成果、药用植物科普养生等方面的图文和多媒体信息，并支持附件上传和下载。

3.4.2 分类学名称和分类系统专业数据管理 采用MySQL关系数据库，建立学名(拉丁名)、俗名(中文名)数据表，并建立接受名和异名、推荐使用的中文名和常见中文别名间的一对多关系，通过名称以及名称间复杂关系的存储、编辑维护功能，对所有项目搜集整理的46 203种药用植物名称信息进行管理，随时更新维护；通过分类系统树及分类树节点的存储、编辑维护功能，为整个系统其他模块的数据管理提供分类学框架信息支持；通过邀请专家参与审核和维护数据，可以收录最新的名称数据并随时发现和修正错误，保障信息系统的学术水准。

3.4.3 多元异构数据库整合管理 提供通用的web可视化数据库结构定制管理、数据导入导出、数据增删改查等基础功能体系，包括后台管理维护界面和前台数据库信息查询服务界面。用户可以用此模块快速发布所需的个性化数据库。

3.4.4 基于客观凭证体系的药用植物园在地活植物管理 准确可靠地、经常性地对园区活植物进行盘点和编目是药用植物园的基本工作。然而由于植物不断引种和死亡，以及人员动态变化，活植物盘点工作往往难以获得可靠凭证信息，影响盘点工作的成效。本系统支持以数码照片为凭证的植物园在地植物快速调查方案[6]，支持数码凭证照片的批量上传、自动化制作缩略图、打水印、分类存储，提供图片浏览权限的分级控制。在照片上传过程，自动提取文件名、采集时间、作者等信息，通过批量设置调查地点、调查人员等方式，建立凭证照片数据库，形成具体时间地点调查数据集、个人数据空间、全站数据空间三级凭证数据组织管理体系。

根据调查凭证照片中的活植物条形码和物种名称信息，由系统自动提取分析，建立物种分类系统、引种登记号、活植物管理编号三级凭证数据管理体系，用户可以在不改动活植物编号的情况下，方便地在网站上修改每棵活植物所属的引种登记号、物种名称等属性信息。

为了更直观地展示植物园在地植物的空间分布，系统提供将数码照片、GPS坐标、调查数据相整合生成kmz谷歌地球地图数据的功能，用户可以从网站下载kmz地图文件，双击在谷歌地球中打开，进而在卫星图上查看植物园活植物的空间分布、照片等信息，并可以在谷歌地球上对空间数据进一步整理校正，提高定位精度。

3.4.5 基于凭证体系、与分类学名称及分类系统密切结合的互动鉴定系统 基于数码照片、精确的空间坐标以及园区在地活植物的各种属性信息，调查人员、全国各地分类学专家和志愿者都可以参与的远程物种鉴定功能，形成物种鉴定合作。物种鉴定方式共设计了三种：

①调查人将调查凭证照片按物种名称重命名后上传到系统中，系统从文件名里自动识别鉴定信息，通过和物种名称数据库的匹配获取详细物种信息，生成包含科属种信息、鉴定人信息和鉴定时间的完整物种鉴定电子标签；

②凭证照片上传到系统中后，国内外鉴定人员可以在网络上浏览每张凭证照片，针对每张照片进行单独在线鉴定，鉴定时可以使用中文名或拉丁名，当存在同名异物、同物异名等问题时，给出提示，供鉴定人选择判断；

③凭证照片上传到系统中后，在网络上浏览凭证照片列表，选定若干照片之后，进行批量鉴定。批量鉴定时的名称问题解决方法同单张鉴定。

每张凭证照片的每个鉴定意见都保留，按时间排序，形成鉴定历史，为物种的进一步鉴定提供参考。

3.4.6 自动化物种编目系统 根据凭证照片的物种鉴定，系统自动为每批次的调查数据，及全部的调查数据生成物种清单，统计科属种的数量并进行分类管理，协助摸清各迁地保护单位的资源本底。物种名录随着物种鉴定的进行而自动更新。

根据调查数据的物种鉴定，自动生成按照生物界、科、属、种等阶元关系整理汇总的分类系统树，并将凭证照片根据其鉴定信息汇总到分类系统树的相应节点上，形成调查数据的分类整理和重新组织。

分类系统树以及凭证照片的组织可以根据照片的物种鉴定信息自动更新。此功能与在线鉴定相结合，实现物种鉴定能力的积累和互补。各迁地保护单位的实地调查人员对植物进行粗略鉴定之后，由系统自动化进行整理组织，照片自动挂到比较粗略分类的节点上。各类群分类专家进而在那些节点上集中进行更精细的物种鉴定，最终实现准确鉴定。

3.4.7 多途径手机终端查询服务系统 基于调查数据、物种鉴定信息、相关科学数据库中的资料，建立在地活植物数据库，进而为每个编号的在地植物建立独立网页。在植物园区现场，可以通过扫描标签上的二维码访问网页或者使用微信公众号对话框查询物种信息。

综合前述内容，绘制药用植物种质资源迁地保护信息管理数据库结构图3所示。

图3 中国药用植物种质资源迁地保护信息管理系统结构图

4 结语

截至目前，中国药用植物种质资源迁地保护信息管理系统的核心功能已经完成建设，初步开展了国家药用植物园体系内18家迁地保护单位的数据采集和试运行工作，系统运行良好。已收集上传活体植株保存信息17 240条(已在线鉴定物种2878种)，离体保存种子信息2289条、DNA信息3583条、内生真菌信息302条，以及凭证标本信息98条。该系统将面向全国迁地保护单位无偿提供便捷的信息管理平台，汇总形成动态的全国药用植物种质资源迁地保护信息。

[1] 肖培根，陈士林，张本刚，等.中国药用植物种质资源迁地保护与利用[J].中国现代中药，2010，12(6)：3-6.

[2] 黄宏文，张征.中国植物引种栽培及迁地保护的现状与展望[J].生物多样性，2012，20(5)：559-571.

[3] 阙灵，杨光，缪剑华，等.中药资源迁地保护的现状及展望[J].中国中药杂志，2016，41(20)：3703-3708.

[4] Xiulian Chi，Zejin Zhang，Xiaoting Xu，et al.Threatened medicinal plants in China：Distributions and conservation priorities[J].Biological Conservation，2017，210(6)：89-95.

[5] 李标，魏建和，王文全，等.推进国家药用植物园体系建设的思考[J].中国现代中药，2013，15(9)：722-726.

[6] 陈彬，陈建平.植物园植物生存状态数字化调查和编目方法[M].中国植物园-第十七辑，北京：中国林业出版社，2014：92-100.

DesignandImplementationofEx-situConservationInformationManagementSystemforChineseHerbalMedicinalPlantGermplasm

WANG Qiuling1，CHEN Bin2，WANG Wenquan1，ZHANG Zhao1，LI Biao1*，WEI Jianhe1*

(1.InstituteofMedicinalPlantDevelopment，ChineseAcademyofMedicalSciences&PekingUnionMedicalCollege，Beijing100193，China；2.ShanghaiChenshanBotanicalGarden，Shanghai201602，China)

There were many medicinal plantex-situconservation units which have collected and preserved a large number of germplasm resources of medicinal plant in China. Based on the analysis of the status of various types of preservation resources，we designed a medicinal plant resourcesex-situconservation information management system with database and network information technologies to manage vouchered plant conservation information，aiming to support different units to independently manage their own data，to offer multi-channel access query，data statistics and other functions，and help different units to better design their medicinal plant resourcesex-situconservation work，and provide decision-making supports to all levels of management-related departments.

Germplasm resources of medicinal plant；ex-situconservation；information management system

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.9.001

中国医学科学院医学与健康科技创新工程项目(项目编号：2016-I2M-2-003)

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李标，研究员，研究方向：药用植物园建设；Tel：(010)57833190，E-mail：bli@implad.ac.cn；

魏建和，研究员，研究方向：药用植物基因资源、分子育种及次生代谢产物调控研究；Tel：(010)57833016，E-mail：wjianh@263.net

2017-04-11)