塔里木盆地野生植物种质资源共享信息库构建

吴刚 黄文娟 姚江河*

(1 塔里木大学信息工程学院，新疆 阿拉尔843300)(2 塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300)

植物种质资源是植物栽培和新品种培育的物质基础，是发展农林经济的重要生物资源。利用信息技术手段开展植物种质资源信息系统研究，实现种质资源信息共享，为种质资源利用和保护的深入研究提供了有利条件。物种质资源收集、保存、鉴定、评价、研究和利用对农林经济的发展具有重要意义，我国非常重视植物种质资源信息库建设，将植物种质资源信息共享平台建设列为国家基础平台建设项目，并建立了国家自然科技资源保障体系，促进植物种质资源保护和利用研究。目前我国在植物种质资源保护和利用方面取得了显著成果，已建成了拥有200 种作物(隶属78 个科、256 个属、810 个种或亚种)、41 万份种质信息、2 400 万个数据项值、4 000兆字节的中国作物种质资源信息系统［1］，以及多年生与无性繁殖作物种质资源信息网、热带作物种质资源信息网、国家林木(竹藤花卉)种质资源平台、药用植物种质资源信息网、牧草种质资源信息网、中国西南野生生物种质资源库等多个植物种质资源信息共享平台。此外，全国各省市也积极开展植物种质资源信息系统的研究，建立了具有区域特色的植物种质资源服务系统［2－8］。这些平台的建设可以实现快速查询各种质物种质资源信息，甚至是获取种质资源的实物资源，提高了信息资源的有效利用，对深入开展植物种质资源保护和可持续利用、发展我国农林经济具有极高的实用价值和理论意义。

塔里木盆地是我国最大的内陆盆地，气候环境多样而独特，如沙漠化严重，气候干燥，光照时间长，沙土中含碱性较高等。塔里木盆地独特的气候环境孕育了丰富、独特的野生植物种质资源，这些野生植物种质资源对防风固沙、蓄水保土、保持生态平衡以及新疆农业经济发展等方面发挥着巨大的作用，具有较高的研究价值和意义。因此，积极开展塔里木盆地野生植物种质资源保护和利用研究工作，建立种质资源共享信息库，实现塔里木盆地野生植物种质资源信息共享，是新疆野生植物种质资源保护和可持续利用决策的需要，是我国区域特色植物种质资源发展建设的需要，更是屯垦戍边促进新疆农业可持续发展需要。

1 塔里木盆地野生植物种质资源来源

塔里木盆地生物资源保护利用兵团重点实验室和塔里木大学植物科学学院从事生物资源保护和利用研究的科研学者，在国家科技基础条件平台建设子项目“重要野生植物种质资源采集保存技术规范和标准研制及整合共享”的专题“新疆天山南坡野生植物种子资源收集与保存”、兵团科技合作计划项目“塔里木盆地重要植物种质保存技术研究”、兵团科技攻关计划项目“南疆特色植物种质资源保存评价及综合利用技术研究”及塔里木大学教学质量工程建设项目“植物标本库建设”等生物资源保护和利用项目的支持下，按照国家自然科技资源平台《植物种质资源共性描述规范》和塔里木盆地野生植物种质资源数据采集要求，对塔里木盆地重要野生植物种质资源进行采集、整理和信息化处理，建立了塔里木盆地野生植物种质资源数据库，该资源数据库按照信息类型及特点的不同又分为资源信息库、图片库和电子标本库等三个分数据库。目前该种质资源数据库收集了塔里木盆地分布的1 000 多种野生植物的3 500 余份野外记录信息和15 000 余幅植物原生境野外照片，以及20 000 余份的野生植物实物标本及相应的电子标本，此外还收集了国内主要沙区防沙治沙植物16 种、36 个种源的植物种质资源数据信息。

2 塔里木盆地野生植物种质资源共享信息库构建

2.1 共享信息库建设目标

塔里木盆地野生植物种质资源共享信息库建设以国家《科学数据共享工程技术标准》为指导，按照《植物种质资源共性描述规范》进一步规范整理现有的塔里木盆地野生植物种质资源数据库信息，利用现代信息技术建设布局合理、功能完善、体系健全、共享高效的塔里木盆地野生植物种质资源信息服务系统，有利于提高种质资源保存、利用的数字化和管理水平，实现种质资源信息共享，为塔里木盆地野生生物种质资源的保护、研究、开发及合理利用提供信息服务和科学决策依据。同时该系统建设也是区域特色种质资源科学数据共享工程的重要组成部分，也是塔里木盆地沙漠经济和生态农业可持续发展的基础支持和重要保障。

为构建符合国家技术标准和规范的具有区域特色的种质资源共享系统，在软件工程指导思想和方法的指导下将信息库的构建过程分为五个主要阶段:第一阶段对现有植物种质资源成果数据进行整理，进行实际需求分析，提出要解决的问题;第二阶段为知识储备阶段，主要为国家基础平台建设标准、信息描述规范、平台共享机制等的学习，以及现有资源平台的收集和分析;第三阶段为数据库设计、信息库功能模块设计与实现;第四阶段将种质资源信息入库，测试并改进;最后阶段是共享管理机制的建立、推广及应用，塔里木盆地野生植物种质资源共享信息库构建如下图1 所示。

图1 塔里木盆地野生植物种质资源共享信息库架构图

2.2 共享信息库技术构架

共享信息库是以数据共享门户网站建设为核心的，采用目前主流的基于B/S 和ASP.NET的技术架构，采用自下而上的设计方法对各个模块进行实现、调试及维护，采用IIS 架设Web 站点，Microsoft SQL Server 管理并提供后台数据服务，整个系统按应用功能分为三层:数据访问层、业务逻辑层、页面显示层［9］，结构体系如图2 所示。其中数据访问层主要负责对数据的操作，与数据库进行交互，如添加、删除、更新数据，为业务逻辑层提供数据服务;业务逻辑层实现数据业务逻辑处理及有效验证功能，如添加、修改、查询业务等;页面显示层负责接受用户请求，并将业务逻辑层请求结果通过页面显示给用户，实现信息呈现及交互作用。三层体系结构的B/S 结构设计，将业务访问规则、数据操作、合法性校验等工作放到了中间层进行处理，从而实现以不同接入方式访问和操作信息库，有效的保护共享平台和管理访问权限，对后台数据库起到安全保护作用。

图2 种质资源信息库系统的三层体系结构图

2.3 植物种质资源数据规范

作为以共享为目标的植物种质资源信息系统建设，植物种质资源数据描述的规范性是信息系统广泛应用的基础，也是保证数据的可比性和权威性的重要先决条件。植物种质资源数据的描述既要考虑利用者的需要，也要考虑资源收集者的实际情况，但最终是要以资源共享为目标的，这就要求统一植物种质资源共性信息，统一描述项目。塔里木盆地野生植物种质资源信息按照国家自然科技资源平台《植物种质资源共性描述规范》进行描述，植物种质资源信息按描述符类别分为六类，即为护照信息、标记信息、基本特征特性信息、收藏单位信息、共享信息、其他描述信息。在这六类描述信息中，基本保留了规范描述的所有信息，同时也考虑了实际信息记录要求，增加了描述项目，但基本做到信息描述的一致性，以利于信息的共享及长远发展需要，具体描述信息如表1 所示。

表1 部分植物种质资源信息模式描述表

2.4 数据库组成

塔里木盆地野生植物种质资源信息已经按照信息存储特点分类整理为信息库、图片库和电子标本库等三个分库进行保存，在此基础上设计对应的野生植物信息数据库、野生植物电子标本数据库、野生植物图片数据库。野生植物信息数据库里面存储了植物种质资源详细信息，是植物种质资源信息共享的基础数据。该数据库字段包含了所有上述6 类描述信息，资源编号设置为主码，在查询时按照不同的访问权限以多种数据视图显示。

野生植物图片数据库存储信息包含种质资源的整体图像、生境图像、各种特征特性图像、多样性图像等多种图像信息。这些图片信息是在野外调查和标本采集过程中对植物进行拍摄拍照，图片经Photoshop 软件处理后以JPG 格式按不同植物种的不同描述特征如大生境、小生境、单株、花、果实等分别予以命名和保存。对应图片数据库存储信息主要为第1 类护照信息，为资源编号、种质名称、种质外文名、科名、属名、种名、原产地、省、国家、来源地等信息，详细信息的查询则按访问权限访问信息数据库信息。

野生植物电子标本数据库存储电子标本信息，电子标本是对制作的实物腊叶标本进行拍照，应用图片处理软件进行处理后制作电子标本，电子标本数据存储信息为采集编号、资源编号、植物名称、科名、学名、采集者编号、采集时间、产地、环境、生境、土壤、海拔、性状、体高、鉴定者编号、鉴定日期等信息，详细信息的查询以资源编号访问信息数据库，图3 为毛茛科部分植物种质资源电子标本数据库举例(从左到右分别为西伯利亚铁线莲、甘青铁线莲、亚欧唐松草)。电子标本数据库信息与信息数据库信息存储的冗余度较大，主要是为了保持电子标本数据库的独立性，便于共享及查询。

图3 毛茛科部分植物种质资源电子标本数据库

此外，共享信息库还包含用户信息库，主要存储系统管理人员、种质资源采集人员、种质资源提供人员、访问用户或是系统共享会员等人员详细信息，不同人员根据拥有的访问权限访问或是操作资源信息，图4 为塔里木盆地野生植物种质资源共享信息库数据库组成结构图。

图4 野生植物种质资源信息库的共享模式

3 信息库共享管理机制

建立健全合理的信息库共享管理机制是保证共享系统可持续发展的基础［10］。数据共享方式主要有公益性共享、公益性借用共享、合作研究共享、知识产权性交易共享、资源纯交易性共享、资源租赁性共享、资源交换性共享、收藏地共享、行政许可性共享等，为了实现灵活的共享管理，积极引导数据提供者或是所有者参与到共享系统的数据管理中来，信息库共享管理采用了二级管理模式:技术管理和数据管理。技术管理人员负责系统的规划、维护、数据提供者的权限分配以及科研人员的培训等，具体工作有系统运行的管理、系统数据的保密与安全、系统数据的审核、用户权限的分配、硬件的维护等;数据管理由数据提供者和系统管理员共同完成，系统管理员负责数据的技术维护，数据提供者对数据的科学性以及数据共享的级别进行管理。为激励系统用户积极参与共享信息库共建，在技术上对用户的管理拟采用目前网络资源平台的主流管理模式——会员积分制，初级会员享有一定的数据使用权限，随着使用的深入，要求会员提供一定的科学数据，进行积分，积分越高，访问权限越大。用户若想获得访问权限以外的资源信息，可通过邮件、网上订购、文件传递等方式提出数据请求，也可以直接联系数据所有者获取。

4 结语

塔里木盆地野生植物种质资源共享信息库的构建有利于对新疆科学数据资源的有效管理，提高已有科研数据的利用率，减少重复投入，维护和增长整体经济效益，有利于新疆的生态可持续发展和农业可持续发展。该共享信息库的建设也是实施科学数据共享工程的一项重要内容，实现对塔里木盆地野生植物种质资源的信息化管理，为塔里木盆地野生植物种质资源开发、利用及资源共享和资源保护起到积极的推动作用［11］，为新疆生物遗传多样性保护和持续利用的深入研究奠定良好的基础。

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