于超，段永红，余亚莹，罗建军

1.湖南省农业信息与工程研究所，湖南 长沙 410125

2.湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125

引言

种质资源是农作物品种改良的物质基础，是生物多样性和自然科技资源的重要组成部分，是大自然留给人类的宝贵财富。湖南农作物野生种与栽培种等种质资源丰富，是我国 17 个具有全球保护意义的生物多样性关键地区之一，据不完全统计，湖南省各种农作物种质资源约 6 万份，拥有海量数据信息，面对庞大的农作物种质资源信息，按照传统的方法进行种质资源管理，缺乏平台性和规范性，无法实现种质资源信息以及实物的高效便捷管理与利用，难以满足种质资源科研和育种生产的需要。因此构建一个具有灵活性、开放性、易用性的农作物种质资源信息管理平台促进农作物遗传多样性的保护和持续利用、促进良种创新具有重要意义。关于农作物种质资源信息管理平台构建方面，目前我国已取得了不少成果，曹永生等 (2010)建立了国家农作物种质资源平台，解决了农作物种质资源规范标准不统一、保存体系不完善、资源保护相对分散、共享利用困难的问题；周蕊等 (2012)建立了重庆市主要农作物种质资源数据库平台，采用了不同系数和不同的类聚方法对种质资源进行分析；还有各种特色农作物种质资源信息平台的建设，朗越等 (2015)建立了基于 B/S 海南普通野生稻资源数据库，将资源的表型数据、来源地、经纬度和水稻生产数据等有机结合，实现了海南野生稻资源的科学管理与数据共享；任海龙等 (2017)采用 Python 开发语言、B/S 架构建立了新疆农业科学院南繁种质资源数据库，实现了对南繁种质资源数据信息化管理。杨文娟等 (2018)采用 LMAP 数据库技术构建了芝麻种质资源信息数据库，有效解决了芝麻种质资源数据保存分散、共享、交流、利用困难等问题，实现了芝麻资源数字化管理和交流。湖南农作物种质资源信息由于属性类型多，缺乏线上管理以及信息资源共享时效性，导致数据标准混乱，种质资源利用率不高。尽管目前已开发了各种种质资源数据库系统，但针对湖南种质资源数据管理特点以及统计分析需求而开发的平台鲜见应用。根据湖南省农作物种质资源管理特点，探讨建立农作物种质资源信息管理平台，为湖南省种质资源库征集和收集的各类农作物种质资源提供数字化、网络化管理，促进种质资源保护及有效提高资源研究者的工作效率及种质资源的利用效率。

1 平台构建

1.1 功能结构

湖南农作物种质资源信息管理平台建立的主要目的是对农作物种质资源信息收集、整合、存储管理、共享及将相关信息以友好的用户界面可视化展示。提供数据查询、管理、统计分析展示等功能。按照平台管理内容，可划分为种质资源信息管理系统和种质资源数据信息可视化展示系统，种质资源信息管理系统包括种质资源数据统计模块、种质资源数据管理模块、种质资源数据标准模块和用户列表模块；种质资源数据信息可视化展示系统包括骨干亲本展示模块、特异种质展示模块、统计分析展示模块。具体系统功能模块 (图 1 所示)如下：

图1 平台功能结构Fig.1 Platform function structure

1.1.1 数据统计模块

数据统计模块为平台的数据信息做统计，主要功能是统计平台内根据数据标准所录入的信息。

1.1.2 数据标准模块

用于农作物种质资源的分类管理，管理员可以设定农作物大类或者将某种大类下面增置多个农作物子数据库，突出了数据库可扩展性的特点。

1.1.3 数据管理模块

信息的查询、检索、管理是农作物种质资源信息管理平台的主要功能之一，一般用户可根据需要的查询字段，实现多维度字段的信息查询，还包括全字段 Excel 导入导出功能；管理员可以对每一个种质资源信息进行查看详细信息、删除、图片管理、二维码生成。

1.1.4 用户列表

平台采用多用户分级管理的方法，不同级别的用户拥有不同权限，确保数据库的安全性和稳定性，数据库用户分为管理员、编辑员、一般用户 3 类。

1.1.5 骨干亲本展示模块

利用衍生图、文字、数据介绍、生长图片、特性图片、获奖信息、引用论文等进行设计展示。

1.1.6 特异种质展示模块

以种质资源信息管理数据为前提，为了将湖南农作物特异种质进行线上资源共享，该模块以湖南地方品种和审定品种为主，将某些字段信息通过 web 及二维码的方式展示，从而达到资源共享的效果。

1.1.7 统计分析模块

根据用户需求，将相关的种质资源信息以图形的方式展示，如对生产国、生产地、年份数量、分发利用的所属地等进行统计分析，并以图形的形式表现出来，为用户提供准确、直观的可视化展示。

1.2 开发环境

本平台基于渐进式前端框架，采用 B/S 的开发架构，PHP 开发平台，采用 MYSQL 数据库和 Windows Server 2008 操作系统，自主研发农作物种质资源信息管理平台，包括 web 版、单个数据信息可二维码手机扫描访问，CPU:intel xeon ES-2620 V4，内存：16G，硬盘：2T。

1.3 数据库设计

湖南农作物种质资源信息管理平台数据技术规范，主要依据国家制定的种质资源技术规范，并结合湖南农作物的种质资源管理特点，设计了库编号、统一编号、湘号、种质名称、原产地、来源地、种质类型等 166 个属性字段，以农作物种质资源元数据为格式，制定数据库信息规范。

数据库设计遵循可扩展性原则、针对性原则、简便灵活性原则以及安全性原则，为实现种质资源数据库中数据的规范性，根据存储数据的类型选择种质资源数据库中的数据类型，数据库设计了 11 种数据类型 (表1)。

2 平台数据来源及应用

2.1 平台数据来源

湖南省农作物种质资源信息管理平台的数据来源主要依据湖南省农作物种质资源库，目前湖南省农作物种质资源库总建筑面积 600 m2，包含有短期库、中期库、长期库，可保存种质资源 15 万份，是全国领先的省级种质资源保存平台。至 2017年，已中长期保存水稻、蔬菜、旱粮、油料等种质资源 3万余份，保存育种亲本材料、品系万余份，掌握特异性状数据和管理信息数百万条，平台的建立将整合的种质资源信息在线存储，便于进一步管理、共享与利用。

2.2 平台应用

该平台目前已构建完成，并投入使用。图 2、3 是平台的两个主界面，导航栏实现平台功能模块切换，数据管理模块可对数据进行快速操作。

图2 种质资源数据管理平台Fig.2 A data management platform for germplasm resources

图3 种质资源数据信息展示平台Fig.3 A display platform for data information of Germplasm Resources

表1 数据库结构类型Table 1 Database structure type

图 4 是种质资源信息描述界面，根据标准制定了水稻资源、蔬菜作物、旱粮作物、油料作物、果茶资源、其他作物六大类，每个农作物种质信息包含具体的库编号、统一编号、湘号、种质名称、原产地、来源地、种质类型等 166 个属性字段，其中水稻种质资源构建了包括栽培、野生稻2个种质资源。蔬菜作物构建了包括辣椒、茄子、番茄、黄瓜、西瓜等 59 个种质资源。旱粮作物构建了小麦、大麦、燕麦、玉米、高粱等 18 个种质资源。油料作物构建了大豆、油菜、芝麻、花生、向日葵 5 个种质资源。果茶资源构建了包括茶、柑橘、猕猴桃、枣、蓝莓等 24 个种质资源。其他作物构建了包括紫云英、烟草、红萍、棉花、药用植物等 8 个种质资源。在该页面可以进行查询、详细信息浏览、二维码生成、导入、导出、图片管理、编辑、删除等操作。

图 5 为单个种质资源信息详细表述，所显示的有166 个属性字段。

图4 种质资源信息描述界面Fig.4 Information description interface of Germplasm Resources

图5 详细信息浏览界面Fig.5 Detailed information browsing interface

图 6 是种质资源原产地湖南为例的可视化展示效果，依托湖南农作物种质资源信息管理平台数据，以多维字段选择相关统计信息用图形的形式展示，方便种质资源专家研究决策。

3 讨论

《第三次全国农作物种质资源普查与收集行动实施方案》指出农作物种质资源数据库建设是实施的重要目标任务之一,因此全国各省也正加快农作物种质资源数据库的建设，湖南农作物种质资源信息管理是湖南种质资源保护与利用的重要工作，从征集和收集到入库管理，做好信息的整合、管理，有利于种质资源的保存、利用，通过建立平台来将数据信息进行数字化、网络化管理，提高种质资源信息化管理水平。

图6 以种质资源原产地湖南为例Fig.6 An example of the origin of germplasm resources in Hunan

整个平台采用前后端分离的构建思想，前端基于 Webpack2 和 ES6/Vue，用于构建单页应用的现代 Web 应用。前端使用 webpack2 + Babel + ESLint+ Vue + webpack-dev-middleware + webpack-hotmiddleware + express 当前业界流行的工具链，构建一个易用，灵活，高效的渐进式框架库，后端使用 Rest API 构建架构 (REST 是一种构建风格，是一组约束条件及原则，而遵循 REST 风格的架构就称为 RESTful架构，资源是 RESTful 的核心)，通过 URL 就能很清晰地了解平台的操作和需求；前端和后端的技术选型为用户操作的便利性和高效性以及平台的二次开发拓展都提供了坚实的基础。数据可视化展示使用当前最流行的可视化 Echart 数据展示控件，达到全方位，多维度，多种形式的数据可视化展示效果；数据库使用大容量数据结构构建；防注入，防攻击高安全严谨构建；采用了模板分离功能，把内容与界面完全分离；前台全部静态，可承受强大的访问量及强大的信息展示功能。嵌入 H5 移动端 web 技术，将每一条种质资源信息形成一个二维码，对开放数据信息形成网络资源扫描共享，丰富信息资源共享方式。

本平台构建后仍需进行的工作是：(1)农作物种质资源仍需投入人力、物力进行全省范围的农作物种质资源征集和收集以及数据挖掘整合录入工作，充实平台数据信息；(2)加强农作物种质资源的宣传和推广力度，加强优良品种的培育创新工作，为农业创新提供新优特异品种，提高湖南省种质资源的知名度，促进全国农作物种质资源保护和利用；(3)进一步开发平台手机版，丰富农作物种质资源信息共享方式。

4 结论

湖南农作物种质资源信息管理平台的建立，将实现种质资源管理的信息化、规范化和科学化，及时为资源研究及育种工作者提供农作物种质资源信息，提高种质资源的实际利用率，促进湖南农作物种质资源的充分利用及研究，将有力地增强农作物育种和技术创新的原动力，加快培育突破性品种的进程，为农业科技创新奠定基础，为农业大数据提供数据支撑。