贵州作物种质资源信息管理平台构建与应用

李 欢， 谭金玉， 陈惠查， 霍可以， 黎小冰， 桑海伟， 阮仁超

(1.贵州省农业科学院农作物品种资源研究所， 贵阳 550006；2.贵州省农业科学院园艺研究所， 贵阳 550006； 3.贵州师范学院， 贵阳 550018)

农作物种质资源是作物遗传改良和种质创新的物质基础，是提高我国农业综合生产能力、维系国家粮食安全的重要保证，也是人类社会生存发展的重要战略资源[1]。

国内外都十分重视种质资源的保存和智能化信息平台的构建。美国、欧洲、日本等国家已经建立了自己的作物种质资源管理平台外[2]，我国除了国家级层面上已建成的国家作物种质资源平台[3]，在上海、江苏、湖南等省也相继建成多个作物种质资源数据平台[4-9]。这些平台的建立对种质资源信息化管理和交流共享都起到了积极的作用。

贵州典型的喀斯特山区环境孕育了丰富的作物种质资源，是全国特色农作物种质资源较为富集的地区。包括许多全国稀有、特有的作物种质资源，如无腥大豆、高赖玉米、糯玉米、糯高粱、薏苡、贵州禾类和旱稻资源等。自2012年以来，贵州省农业科学院参加国家科技基础性工作专项“贵州农业生物资源调查”项目，就搜集保存了4 000多份贵州地方特色作物种质资源[10-12]。据不完全统计，贵州省目前通过各类途径集中保存于省农科院内的作物种质资源有数万份，面对如此纷繁复杂的种质资源，构建一个贵州作物种质资源信息管理平台就显得尤为重要。

贵州省传统的作物种质资源信息数据库存在着规范标准不统一、线上管理薄弱、信息检索困难、信息资源共享时效性差等弊端，且数据库平台建设分散杂乱、平台知晓度不高、使用频率较低，有的甚至形同虚设。久而久之，导致贵州作物种质资源信息数据丢失严重、资源利用效率、效益低下。在大数据时代的今天，这不仅降低了种质资源育种工作者、科研人员和生产部门的工作效率，还严重制约着贵州省作物种质资源数据管理的高效便捷性以及资源实物的共享利用。

针对贵州省作物种质资源信息管理现状，设计构建贵州作物种质资源信息管理共享平台，将分散在全省各单位、部门和个人的各类作物种质资源的基础数据库、鉴定评价数据库、图片库等相关信息进行收集整理，以“统一标准、统一编目、联合上网、资源共享”为原则，实现种质资源信息自动建库、统一管理、统一检索功能，提高贵州省作物种质资源的利用效率和效益，促进种质资源保护与利用。

1 贵州作物种质资源信息管理平台总体设计

1.1 总体目标

贵州作物种质资源信息管理平台采用统一的业务流程、术语标识和数据共享等标准化体系，遵循通信、网络、数据交换、信息安全等相关国家或行业标准，保证平台运转具有较长的生命周期，实现对贵州作物种质资源的有效管理和共享利用。开发一套基于Web、移动无线通讯等技术的作物种质资源管理平台，实现资源信息上传汇总、数据分析汇总等管理功能，实现数据实时上传、记录和保存等功能。管理者可以通过该系统进行科学化的管理，足不出户即可通过平台各类电子表格掌握作物种质资源的现状。系统构建具备精准管理、操作方便快捷、不限用户数、可跨区域使用等特点。

1.2 总体设计

贵州作物种质资源信息管理平台的开发基于B/S结构(Browser/ Server，浏览器/服务器)模式，B/S架构具有平台无关性的特点，易于部署和扩展。平台使用开源的JavaEE平台，采用目前主流成熟的Spring MVC以及Mybaties框架来实现，保证了系统的健壮性、可扩展、可延伸性和可维护性。外部用户使用Windows、平板、智能手机等操作系统通过浏览器即可对平台进行公网访问。用户工作界面简洁、直观、友好，人机交互性强。基于菜单的操作方式，用户只需按照要求选择相应菜单或按钮，系统在后台响应用户操作过程，让用户在最短时间内，不需要经过专门培训，就可以浏览查询所需要的种质资源信息。

贵州作物种质资源信息管理平台系统采用多层逻辑架构(图1)，该系统主要包括表现层、开发核心、中间件层以及数据服务层等模块： 1) 表现层是后台种质资源信息对用户的直接展示，使用户更直观地感知信息。通过视觉设计，决定信息在视觉上的呈现方式，主要包括了Web App、JS/CSS框架等。 2) 开发核心层作为系统的大脑，实现了系统的主要控制模块。本系统是在集成开发工具Eclipse下完成的，包含了Web 控制层、业务逻辑层、数据库持久层，通过公用jar包、单元测试框架、元数据框架来实现三个层级的逻辑。 3) 中间件层就像系统的神经网络，将底层与表现层连接起来，提供统一的通信支持，对数据进行统一处理，包含有负载均衡、Web容器、消息中间件、以及ESB。 4) 数据服务层直接对数据库进行访问和操作管理，通过MySQL搭建能够提供分布式数据动态访问的服务。

1.3 开发环境

贵州作物种质资源信息管理平台使用MySQL作为数据库，支持多系统操作、多语言开发，可存储大量的数据，方便用户快速检索和访问。平台采用java开发，Springboot+vue、idea作为开发工具，在Apache、Nginx或Tomcat Web服务器下运行。

1.4 数据库的设计

本平台以国家自然科技资源共享平台建设项目中编制的系列《农作物种质资源技术规范丛书》作为各类作物种质资源信息的描述规范，对贵州作物种质资源分门别类制定标准化的数据描述表格。以当前贵州作物种质资源保存保护体系为依据，结合国家农作物种质资源数据中心管理规范，遵循对应性、唯一性的原则设计了全国统一编号、地方(贵州)统一编号、库编号、引种号、采集号、种质名称、种质外文名、科名、属名、学名、国家、省、原产地、海拔、来源地、经度、纬度等155个属性字段来制定平台数据信息规范。平台字段的设置具有可拓展性，管理员可根据不同作物的种质类型(野生或野生近缘种、地方品种、引进品种/系、选育品种/系、遗传突变体或中间材料等)对表格字段进行有目的的添加、删改、更新等操作，并上传为模板供用户下载使用。

2 贵州作物种质资源信息管理平台数据来源及应用

2.1 数据来源

贵州作物种质资源信息管理平台数据来源主要依据贵州省农业科学院10余个直属研究所分建的种质资源库、育种工作者或科研人员录入的种质资源信息以及通过承担各类生物资源调查项目中收集到的贵州地方特色种质资源信息。贵州省农科院现今集中保存有数万份作物种质资源，主要包括水稻、玉米、麦类、高粱、豆类等粮食作物，油菜、大豆等油料作物，瓜类、茄果类等蔬菜类作物。

2.2 平台应用

2.2.1种质资源信息录入与审核

贵州作物种质资源信息管理平台保存的种质资源类别主要包括：粮食作物、经济作物、蔬菜类和果树类等类型。粮食作物又包括禾谷类、豆类和根茎类等；经济作物包括纤维类和油料类等。系统管理员可根据需要对种质资源类别进行修改、删除、新建等操作(图2 a)。具体操作步骤：登录系统→作物类别→新建→进入新建作物类别管理页面。

平台根据《农作物种质资源技术规范丛书》对种质资源的描述规范和评价标准设计了数据描述标准表格，每个种质资源信息包含了全国统一编号、库编号、引种号、采集号、种质名称、科名、属名、学名、原产地、海拔、经度、纬度等155个属性字段。信息录入人员根据表格填写相关种质资源信息，单个或者批量导入平台，同时可允许上传5张种质资源描述图片及其地理位置信息(GIS)。具体操作步骤：登录系统→种质作物数据录入→选择类别(例：粮食作物→水稻)→进入 Excel 导入或手动录入页面→选择录入的数据→点击上传图片/ GIS 定位。种质资源数据录入界面可进行数据新增、详细信息浏览、编辑、删除、图片管理、数据导入、导出、GIS定位、审核状态、自定义字段查询等操作(图2 b、c、d)。

平台后台管理具备系统维护、新建用户和对数据的操作权限。具体表现为查询、修改种质资源信息，新建市区、县用户，发布信息，统计分析报表等。具体操作步骤：登录系统→系统设置→用户管理→进入新建用户页面→确定归属区域。后台管理系统在贵州省86个县/区中每个县/区设置信息录入管理员(图2 e)，可上传、检索、修改、管理本区域种质资源数据，但不具备修改其他区域的作物种质资源数据的权限。录入人员上传本区域种质资源信息后，需提交以待审核，后台系统管理员根据相关技术规程进行审核操作(图2 f)。具体操作步骤：登录系统→种质作物数据审核→选择待审核。

2.2.2种质资源信息查询

该平台提供用户自定义查询和自定义展示字段并导出种质资源信息功能。用户进入需要查询的作物类别页面后，可使用默认的检索条件查询，也可自定义查询字段灵活展示自己需要查看的性状描述字段组合，还可根据GIS定位选择查看具体县/区的种质资源信息(图3)。具体操作步骤：登录系统→作物种质数据查询→选择作物类别→选择自定义查询/自定义展示→勾选查询字段/自定义展示字段。

2.2.3种质资源共享

本平台的建设初衷为作物种质资源的信息查询与共享利用提供一个高效便捷的平台，实现特定作物种质资源的信息共享与实物共享。用户登录本平台后，可根据相关制度规定，直接联系系统管理员，完成作物种质资源实物的共享利用流程。

3 讨 论

我国历来高度重视作物种质资源的保护与利用。国务院办公厅2019年发布《关于加强农业种质资源保护与利用的意见》指出，要加强种质资源保护与利用工作。贵州作物种质资源丰富多样，然而资源保存分散、资源数字化、网络化管理薄弱。贵州作物种质资源信息管理平台的构建对作物种质资源的保护、利用与管理维护具有重要意义，其本身是一项系统的工程，涉及学科范围广、专业性强。贵州省在20世纪90年代就开始此项工作，随着信息技术发展和相关软件的开发利用，及时更新完善种质资源数据系统，以进一步加强种质资源保护与利用。

本平台将资源数据进行有效、精准的电子化管理，提高贵州省作物种质资源的信息化、数字化管理水平；资源信息开放共享，有效避免了育种工作者和科研人员重复研究，实现种质资源的高效利用。同时，贵州省种质资源平台的建立与国家作物种质资源数据中心形成两级联动、互为补偿的机制，充实了种质资源信息网络。本平台较传统数据库增加了上传种质资源图片元件功能，用户在上传数据信息的同时可将种质资源的采样生境、植株和种子形态特征等图片一并上传，使得种质资源信息更加完善，保障了资源信息与资源样品实物的对应与衔接。

本平台建成后，后期运行、维护和更新等工作需投入大量的人力、物力和财力。目前贵州省正在开展的第三次全国农作物种质资源普查与收集工作是充实平台数据的重要途径，未来贵州省农作物种质资源库的建成也将为平台提供强大的数据来源支撑。作物种质资源作为国家的战略资源，数据信息的安全性不言而喻，随着平台信息的扩充及容量的增加，未来平台安全体系的设计可进一步优化完善。