廣西靖西端午節藥市民族藥用植物數據庫系統的設計與構建

羅斌圣 郭志永 陳賢毅 谷榮輝 劉博 龍春林

摘 要：藥用植物數據庫的建立與相關數據挖掘，對民族藥物學的研究具有重要意義。該研究在頂層設計的基礎上，對廣西靖西端午節藥市及周邊地區實地調查時獲得的藥用植物標本和照片進行形態學特征、藥用價值、民族傳統利用方式等信息的整理，由此設計和建立開放的民族藥用植物數據庫系統。主要應用Microsoft Office Access和Java編程對數據進行管理、查詢和統計，通過提取藥用植物特征的不同權值來計算不同科屬和類別之間的相似度。結果表明：該數據庫系統能以柱狀圖或餅狀圖的形式將數據之間的關系直觀地展示出來，從而反映出各種植物特征和各種功能屬性之間的聯系。同時該數據庫系統還可以用于數據的管理、檢索和查詢相關民族藥用植物的背景資料、藥用價值等信息，并能進行相應的統計分析，有利于挖掘數據和發現新線索。

關鍵詞：數據庫，民族藥物學，民族植物學，藥用植物，傳統藥用知識

中圖分類號：Q949.9

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3142（2018）05-0560-08

Abstract：Database system establishing and data mining of traditional medicinal plants are beneficial for ethnopharmacological researches. On the basis of top-level design，we firstly systemized the relevant information of medicinal plants collected in the medicinal market during the Dragon-Boat Festival in Jingxi County，Guangxi，Southwest China. The information included morphological information，medicinal value，traditional usages and others of medicinal plants. By using Microsoft Office Access and Java Programming，an open database system was designed and built. Except for some simple algorithm of query and statistics，we extracted and calculated different weight values from different features of medicinal plants so that we could investigate the relationship among different types of medicinal plants. The results of analysis can be displayed directly as bar charts and pie charts. This database system can not only be used for efficient search on information of medicinal plants，but also profoundly do some statistical analysis to greatly increase the possibility of knowledge discovery from this database.

Key words：database，ethnopharmacology，ethnobotany，medicinal plants，traditional medicinal knowledge

大量的民族藥數據庫的建設和發展，尤其通過互聯網在線實現共享服務，不僅有利于記錄和保護某一民族或地方性藥用植物的傳統知識，也能促進民族藥物學和相關領域的研究，而且能直接服務于民族藥的保護規劃和有效管理 （馬克平，2014； 張柳馨，2003； 陳林偉等，2014 ）。不同行業對數據庫的需求存在一定的差異，就民族藥數據庫而言，更追求實用性，主要服務于醫藥衛生、藥用植物等專門領域，趨于解決實際問題 （陳穎等，2010； 孟慶安，2011）。我國現有許多與民族藥相關的數據庫，包括中國中醫藥數據庫（Traditional Chinese Medical Database System）、民族藥信息服務系統（China Ethnomedicine Information Service System）、中國植物物種信息數據庫（Scientific Database of China Plant Species）等，都是數據量較大、國內學者所常用的民族藥數據庫。目前，民族藥數據庫普遍存在設計不合理、操作復雜、無法挖掘數據等情況，其數據也多摘抄于不同民族現有的醫藥典籍，并非來源于學者本身的實地調查或考證，數據庫本身也無法被研究者用于野外實地調查。因此，本研究試圖從民族藥物學數據庫的設計思路和數據挖掘角度，探討實用型民族藥數據庫的建設和應用。

民族藥物學（Ethnopharmacology）是一門研究某一族群利用動植物、礦物等天然藥物進行醫療保健的相關傳統知識的綜合性學科，其研究方法涉及到了民族植物學、人類學、植物化學、藥理學、藥劑學等不同專業（de Smet & Rivier，1989； 淮虎銀等，2000）。民族藥是久經歷史考驗的寶貴財富，相關研究還可能為新藥的研究與開發提供線索，大大縮短人類開發新藥的周期，加之研究民族藥對傳統知識的傳承與保護也具有重要意義，因此民族藥在世界范圍內受到了極大的關注（Farnsworth，1993； 裴盛基，2000）。

然而在民族藥物學研究的過程中，需要采用民族植物學等方法對藥用植物相關的傳統知識和經驗進行記錄、整理和編目（淮虎銀等，2000）。如果在這一環節利用數據庫，不僅可以更高效、安全地對數據進行整理和保存，還能對原始數據進行進一步的分析和挖掘，以增加發現有價值線索的可能性（圖1）。因此，對獲得的傳統藥用植物信息和數據進行深入分析和挖掘，十分有利于民族藥物學研究。

本研究以建立廣西靖西端午節藥市藥用植物數據庫為例，基于在靖西藥市和當地實地調查所獲得的數據，探索該模式在民族藥物學研究中起到的作用，并為其今后的研究走向信息化、高效化提供思路。

1 藥用植物數據庫的設計與實現

1.1 藥用植物數據庫來源——廣西靖西端午節藥市

廣西靖西端午節藥市指的是在端午節這一天，當地草醫、藥農和村民將自己采集或栽培的草藥在靖西縣城專門的集市上交易，形成了一個草藥交易和傳統壯族醫藥知識相互交流的平臺（楊春燕等，2009； 黃玉綠等，2013）。本研究團隊自2006年至2014年曾9次到靖西端午節藥市及周邊地區進行實地調查，對藥市的交易者和當地草醫、藥農等相關人士進行訪談，完成了對藥用植物的采集、識別等工作。同時對植物的藥用部位、用途、用量等信息進行了詳細記錄，運用植物分類學、植物資源學等方法整理和鑒定標本，并對部分數據進行整理分析。此外，我們還對藥用植物信息進行查閱、完善和錄入，其信息主要來源于《中國植物志》、Flora of China、《云南植物志》《中國民族藥志要》《中國中藥資源志要》等較為權威的書籍，以及互聯網上的Web of Science、“維普數據庫”“萬方數據庫”和“中國植物物種信息數據庫”。經調查與鑒定：我們一共獲得了564種壯族使用的藥用植物信息，這564種藥用植物隸屬于129科409屬，并收錄在本數據庫中。

1.2 開發平臺

該數據庫系統的建立使用了Java語言的jdk1.7版本，開發環境為Windows操作系統的NetBeans IDE 7.0；其運行環境為Windows 7 和 MacOS X以上的計算機系統。

1.3 數據庫模型建立

本民族藥數據庫的建立模型簡明清晰（圖2）：數據主要來源于對靖西藥市的實地考察，并通過文獻資料進行數據補充；再以數據為基礎建立合適的數據庫，對數據進行管理、查詢和分析。所有數據主要按照以下類別進行分類并錄入在不同的表中，分別是：植物名（含中文名、當地名、學名、科名、屬名），功能主治（壯醫理論、西醫理論、中醫理論），藥用部位，藥性，生境，分布，形態學特征，化學成分，花期果期等。如圖3所示，各類數據類型通過植物的學名作為紐帶，相互關聯，并且該數據庫系統也是通過學名來識別和調取不同表單中的信息進行展示、統計和分析的。

數據庫的功能設計主要依照模塊化設計原理來實現。模塊化設計是按照一定的原則劃分成一些較小、相互關聯而功能相對獨立的模塊，每個模塊完成一個具體的子功能。這樣可以使得整個系統在設計上結構清晰，且便于每一部分實現。為此，我們將本系統分為以下功能模塊：（1）系統查詢模塊：主要為用戶通過關鍵字、詞對藥用植物進行精確或模糊查詢。（2）信息展示模塊：主要用于顯示每種藥用植物的詳細信息，其中包括照片、生境、形態學特征、藥性和藥用功能等。（3）統計分析模塊：本模塊是利用不同算法，對不同類型的藥用植物數據進行單獨或交叉分析和統計，還可以以地域為單位進行統計分析，可用于挖掘潛在有價值信息。（4）數據管理模塊：主要是對藥用植物的數據信息進行修改、添加以及刪除。

1.4 數據庫系統的實現

1.4.1 數據庫系統首頁 該數據庫系統主要采用白色，顯得溫和內斂。主界面采用了選項卡的模式，頂部為不同功能模塊的選項卡，可根據用戶不同功能需求來選擇操作（圖4）。

1.4.2 查詢模塊和信息展示模塊 該模塊的功能主要是幫助用戶對目標植物進行檢索和詳細信息的查閱。在首頁點擊“查詢”選項卡，即會跳轉入數據管理模塊界面，在搜索欄里輸入查詢目標關鍵字、詞即可進行查詢。圖5為精確查詢和模糊查詢的舉例。直接在搜索欄輸入藥用植物的當地名“九節風”，搜索結果顯示所得到的藥用植物為金粟蘭科的草珊瑚（“九節風”即為在藥市上所記錄的草珊瑚的當地名），直接通過該植物的拉丁名進行精確搜索，也能得到相同結果。若在搜索欄中輸入“豆”，結果則會出現名字中包括“豆”的所有藥用植物，用戶可進一步進行篩選來選擇目標藥用植物。

在進行目標植物查詢后，可直接在查詢界面的信息顯示欄直接點擊目標植物，便會從查詢界面轉入植物的詳細信息展示界面，顯示出植物的照片及信息。圖6為穿心草 （Canscora lucidissima）的詳細信息展示；點擊導出，還可將該藥用植物相關信息以html的格式導出，方便復制和粘貼。

1.4.3 統計分析模塊和地域統計模塊 該模塊的功能在于幫助用戶進行統計與分析藥市中藥用植物的相關信息。在首頁點擊“統計”選項卡，即會跳轉入數據統計分析界面。大部分現有的數據庫都是單純地對植物數據進行羅列，而本數據庫系統中加入了一些統計和交叉分析功能，以便用戶能進一步挖掘數據。而且，選擇信息展示欄的“圖片”選項，統計數據還可以柱形圖的形式直觀地表現出來。該數據庫系統主要采用了2種統計策略：單表統計分析和多表交叉統計分析。

單表統計策略指的是針對藥用植物某一類信息進行統計分析。在統計分析界面中選擇左邊一欄的任意一種的目的信息即可對該類信息進行統計分析。圖7為單表統計的植物分科統計和藥用部位統計示例，數據庫能將靖西藥市中所有藥用植物所出現的植物分科與藥用部位分布情況進行羅列，并能夠通過圖片形式呈現統計結果。同樣地，用戶還能以藥性、功能主治、毒性、不同形態學特征等作為篩選的條件。

多表統計策略主要指的是對兩類或者兩類以上的數據進行交叉統計，通過提取藥用植物特征的不同權值來計算不同科屬和類別之間的相似度。這樣的統計分析方式相較單表統計更為高級、開放和豐富多樣。圖8為藥用植物的藥性與藥用部位的交叉分析圖示，通過選擇“藥用部位”和藥性“寒”這兩個屬性來篩選目標植物，數據庫會將不同藥用部位的“寒”性藥用植物羅列出來，并進行統計，還能以柱形圖的形式將其所占比例展現出來。同樣地，用戶還能選擇其他不同的屬性得到目標結果。

此外，該模塊還包括了地域分布統計。在首頁點擊“中國分布”選項卡，數據庫系統界面會出現相應的中國地圖。點擊任意一個省，即可查得數據庫中收錄且分布在該省的藥用植物，并且羅列出這些植物的科屬分布與所占比例。

1.4.4 數據管理模塊 在首頁點擊“數據庫”選項卡，即會轉入數據管理模塊界面，界面左邊一欄為項目選擇欄，分別為“刪除”（負責數據的刪除）、“插入”（負責新數據的錄入）、“變更”（負責數據的修改），右邊一欄為操作欄，每選擇一項在操作欄中都會出現相應的操作界面，如圖9中三幅圖分別為數據的添加、修改和刪除。

1.4.5 數據庫的功能擴展 靖西端午節藥市交易的藥用植物中有不少種類是珍稀瀕危甚至是國家級和省（區）保護物種，但在該數據庫中并未涉及，這在今后工作中可以進行補充，讓該數據庫在珍稀植物資源的保護和管理方面能有所幫助。在數據庫的共享方面，當前的界面是針對PC軟件設計的，目的在于科研工作者可以方便攜帶到野外，利于在實地工作中進行操作和使用。然而，我們在設計數據庫的時候專門提供和封裝了對應操作的接口API，只需要搭建一個簡單的WEB頁面，就可以直接調用封裝好的接口實現對數據庫的管理和操作。因此，在線共享是可以并容易實現的擴展功能，未來我們也將針對這點進行改善。此外，我們還計劃制作移動終端的APP，希望可以在手機上對數據進行操作，并利用互聯網和PC終端進行數據同步，更加方便科研工作者對數據的管理和分析。在當今這個大數據時代，隨著科學技術的進步，類似的數據庫系統作為重要的科研工具將快速發展，不僅更加方便科研工作者數據的采集和編目工作，也將成為民族藥物學發展的主要推動力之一。

2 結論

本研究以建立相關數據庫系統的模式來幫助民族藥物學研究。以本團隊多次赴廣西靖西縣端午節藥市考察所得的藥用植物數據為基礎，構建了藥用植物信息數據庫系統，有效地解決了傳統民族藥物學研究中通過調查所得藥用植物信息都是紙質文獻、查詢不方便等一系列問題，使用戶更高效、快捷地查詢和記憶。查詢和分析統計功能不僅可以讓用戶按需檢索數據，還能進行更深入的數據挖掘，同時為藥用植物數據信息的二次開發提供了基礎。本研究的設計思路，對其他類型的生物數據庫開發也具有借鑒作用。

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