云南茶樹種質資源數據共享平臺的設計與實現

吳文斗　王賢　李泓蒴　劉本英

摘要? 以國家種質勐海大葉茶樹資源圃茶組植物25個種3個變種的1 521份茶樹種質資源的圖片、農藝性狀、生化成分、茶葉加工品質、抗寒性、抗病蟲性等特征數據為數據源，構建云南茶樹種質資源數據共享平臺，實現了云南茶樹種質資源信息的數字化、網絡化、可視化和共享化，有效解決了云南茶樹種質資源源數據保存分散，以及共享、交流和利用困難等問題。云南茶樹種質資源數據的管理和共享為科學合理地管理和利用云南茶樹種質資源提供技術支持。

關鍵詞? 云南茶樹;種質資源;特征數據;共享平臺

中圖分類號? S-058??? 文獻標識碼? A

文章編號? 0517-6611（2019）24-0230-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.24.068

Design and Implementation of Data Sharing Platform on Yunnan Tea Germplasm Resources

WU Wen-dou， WANG Xian， LI Hong-shuo et al

（College of Big Data， Yunnan Agricultural University， Kunming， Yunnan 650201）

Abstract ?The study was conducted based on the data of 1 521 tea germplasm resources （25 tea species and 3 variants） in the national Menghai Daye Tea Germplasm Resources Garden. By collecting the pictures of tea germplasm resources and data of their characteristics （such as agronomic traits， biochemical components， cold resistance and resistance to pests and diseases）， a data sharing platform of Yunnan tea tree germplasm resources was constructed， which realized the digitalization， networking， visualization and sharing of Yunnan tea germplasm resources information. Meanwhile， it also effectively solved the problems of Yunnan tea tree germplasm resources data in saving， sharing， exchanging and using. The management and sharing of Yunnan tea tree germplasm resources data provided technical support for scientific and rational management and utilization of Yunnan tea germplasm resources.

Key words? Yunnan tea trees;Germplasm resources;Data of characteristics;Sharing platform

基金項目? 農作物（茶樹）種質資源保護專項“大葉茶樹種質資源收集鑒定、編目、繁殖更新與保存分發利用”（2014NWB028，2015NWB028，111721301354052000）。

作者簡介? 吳文斗（1974—），男，云南鳳慶人，副教授，碩士生導師，碩士，從事農業大數據相關領域研究。*通信作者，研究員，博士，從事茶樹種質資源及遺傳改良研究。

收稿日期? 2019-06-13

種質資源是農作物品種改良的物質基礎，是生物多樣性和自然科技資源的重要組成部分，是大自然留給人類的寶貴財富[1]，世界各國把作物種質資源建設作為一種戰略，積極開展作物種質資源數據庫建設。我國農作物種質資源數據庫建設起步也比較早，中國作物種質信息網（CGRIS）于1991年建立[2]，開啟了我國種質資源數據庫建設先河。此后，國內多個各具特色的農作物種質資源數據庫紛紛創建，如國家水稻數據庫[3]、北京農作物種質資源信息服務平臺[4]、葡萄種質資源數據庫[5]、煙草種質資源在線共享系統等[6-7]，為開展茶葉種質資源數據庫建設和應用提供了基礎和借鑒。

云南作為茶樹資源的起源中心和原產地，有世界上最豐富的茶樹種質資源（包括野生種、農家品種、育成品種等），是世界茶組植物分類研究中所占比例最多、分布最廣的地區，是我國和世界各國發展茶葉生產和開展茶樹育種工作的珍貴寶庫，其悠久的種茶歷史和得天獨厚的自然條件孕育了豐富的茶樹種質資源[8-10]。茶樹種質資源不僅是茶樹育種、生物學研究和開發利用的物質基礎，同時也是關系到國家茶葉可持續發展基本保障。茶樹種質資源承載著高度的遺傳多樣性，是國家重大的基礎戰略資源和自然科技資源必不可少的基礎物質條件，具有經濟、文化、社會、生態等多種重要功能。

云南省農業科學院茶葉研究所建設的國家種質勐海大葉茶樹資源圃經過30多年的發展和建設，已成為國內最大、保存種類最多的大葉茶種質資源保存圃。截至2015年底，國家種質大葉茶資源圃共保存種質2 459份，包括山茶科山茶屬25個種和3個變種，收集和積累了大量圖片、農藝性狀、生化成分、茶葉加工品質、抗寒性、抗病蟲性等特征數據，但長期以來數字化和信息化程度相對較低，隨著圃內工作的深入開展和數據量的不斷增加，傳統的數據調查方法和數據保存方式已不利于云南茶樹種質資源的保存、管理、利用和共享，因此構建云南茶葉種質資源數據平臺和共享平臺勢在必行。鑒于此，筆者開展了云南茶樹種質資源數據共享平臺研究和建設，為云南茶樹種植資源的保護、開發、利用和隱在價值挖掘提供支持，具有重要價值和意義。

1? 平臺功能構架設計

云南茶葉種質資源共享平臺建立的主要目的是對云南茶樹種質資源信息收集、整合、存儲管理、共享、決策分析和可視化展示。為相關政府部門工作人員、種質資源研究人員、茶農、茶企和公眾提供云南茶樹種質資源數據的查詢、瀏覽、統計和比較等服務。按照平臺管理內容，可劃分為種質資源信息管理、系統管理、權限認證和數據管理四大核心系統，采用面向對象分析方法，平臺功能包結構如圖1。

其中，種質資源子系統是云南茶葉種質資源共享平臺的核心，整個平臺的其他功能都是服務于種質資源的共享和使用，種質資源子系統有7個模塊，包括品種資源、品質特征、土壤養分、科普文化、統計報表、病蟲害信息以及信息規范與標準，各核心模塊之間相互協作、相互獨立，符合高內聚低耦合的設計理念。

品種資源是特別復雜的數據，包括矢量空間、地理信息數據、地形地貌、植被群落、氣候條件、小生境、理化檢測成分分析、礦物質分析、價值功效、植物形態學特征以及科普文化資源等信息。品種資源包共有7 個類，分別用于記錄和存儲種質資源的矢量空間、地形地貌、小生境、氣候條件、地理信息、植被群落以及茶樹種屬等信息，詳細記錄和描述了品種資源的各個方面，形成比較完善的品種資源數據庫，其實體類如圖2所示。

品質特征主要是指茶葉理化分析成分與礦物質分析的特征數據，是茶葉檢測標準的數據呈現，同時可分析和界定古茶樹的價值功效。

病蟲害信息包含病害和蟲害，病蟲害類主要是記錄和存儲病蟲害的種類、名稱、癥狀、分布規律、防治要點及藥指導等信息，建立古茶樹病蟲害識別、查詢、預測、防治和用藥指導較完整的體系。

科普文化資源是對茶山地區的古茶山、古茶園文化、古茶莊、茶馬古道、名族茶藝、茶園風情、茶的傳說及其他茶文化遺跡資源的收集、整理、分析和存儲。

土壤養分主要是對土壤中大量元素、微量元素、重金屬元素的種類、含量和分布等進行數據采集、整理、分析和存儲，為古茶樹的生長環境、病蟲害防治以及理化檢測分析等提供支持。

信息規范與標準是提供加工工藝、法律法規、標準化信息以及種植技術在內的標準與規范的指導，在標準和規范的指導下，對古茶樹進行科學化管理。

2? 平臺功能實現

2.1? 技術實現方案

采用面向對象的開發方法進行軟件平臺的開發，通過面向對象的MVC模式，即模型、視圖和控制器實現系統。平臺使用 MySql 為后臺數據庫，Eclipse 為 IDE 開發工具，IBM Rational Architecture 和 Rational Rose 為建模工具。平臺采用分層設計，分為 DAO、service、Controller、View 層，嚴格按照 Web 安全規范，采用前后臺雙重驗證，參數編碼傳輸，密碼使用 MD5 加密，Shiro 權限驗證，有效防范 SQL 注入攻擊、XSS 攻擊、CSRF 等常見攻擊手段。

2.2? 核心功能模塊實現

2.2.1? 云南茶樹種質資源數據庫平臺實現。

平臺將利用元數據管理技術，根據數據資源屬性特征建立種質資源數據庫應用系統（平臺），實現種質資源的分類、分層和多樣化展示，為用戶提供云南茶樹種質資源應用服務。茶組植物25個種3個變種的1 521份茶樹種質資源收集整合，實現了茶樹資源的數字化和可視化。

主要實現了種質數據查詢、作物資源照片在線展示、種質資源數據地圖查看、種質信息規范在線查看、科普文化在線查看、病蟲害數據在線查看及統計、茶樹種質資源現狀分布、土壤類型、地形地貌等數據展示功能，該研究僅列出部分界面實例。

2.2.1.1? 種質資源檢索與瀏覽。

在云南茶樹種質資源平臺搜索界面輸入要查詢的相關種質關鍵字，點擊“搜索”，如圖 3 所示檢索界面。

2.2.1.2? 種質資源分布管理。

平臺采用基于百度地圖引擎和API接口，實現基于地理信息系統的種質資源分布管理和展示，具體如圖4所示。

2.2.1.3? 茶樹資源管理。

通過對古茶山古茶樹分布的區域、海拔、經緯度、形態特征和生物學特性、品質特性、抗逆性、抗病蟲性等特性數據的數字化整理，實現了古茶樹資源信息化（圖5）。

2.2.2? 后臺管理系統實現。

后臺支持有關種質資源數據信息的增減修改、數據信息的云端存儲以及統計分析、分權限用戶角色管理、系統基礎設置以及系統的異常的監控管理（圖6）。

3? 小結

在云南省農業科學院茶葉研究所積累的數據基礎上，在云南省打造綠色是品牌戰略和千億云南茶樹發展戰略背景下開展研究，構建云南茶樹種質資源應用平臺，并實現相應功能模塊，取得了一定效果，但也存在不足，具體總結如下：

（1）云南茶樹種質資源數據共享平臺建成大大提高了西雙版納州乃至整個云南省茶葉信息管理和公共服務能力，更有效配置科技經濟資源，具有較好的社會效益。該研究填補了云南省茶樹種質資源平臺建設的空白，為科學研究提供便利的平臺，具有實踐創新意義。

（2）云南茶樹種質資源平臺服務對象廣泛：為政府制定保護珍稀樹種和植物資源開發利用方面的政策和法規提供參考和決策依據，滿足政府部門公共事務處理和政策法規管理的要求;為科研工作者提供完備的古茶樹科學數據，為名山名茶研究及古茶樹資源保護利用提供詳實的數據支撐，加快古茶樹研究領域科研分析的深度和科技轉化力度;為公眾和社會提供全方位的古茶樹區域物種生態信息和地理人文信息，鑄就深厚名山名茶文化底蘊，利用區域品牌與企業品牌結合的思路，推動云南茶葉產業跨越發展。

（3）系統平臺界面設計友好，用戶體驗較好，功能設計完備，性能較高，對云南茶樹種質資源的數據收集與推廣應用有重要意義。

（4）在今后的研究中，應加強基于大數據的數據分析和決策功能，完善數據規模，加強應用推廣。

參考文獻

[1]于超，段永紅，余亞瑩，等.湖南農作物種質資源信息管理平臺構建[J].科研信息化技術與應用，2018，9（2）：53-59.

[2]張賢珍，曹永生，楊克欽.國家農作物種質資源數據庫系統[J].作物品種資源，1991（2）：1-2.

[3]鄂志國，王磊.中國水稻品種及其系譜數據庫[J].中國水稻科學，2011，25（5）：565-566.

[4]欒汝朋，孫素芬，張俊峰，等.北京農作物種質資源信息服務平臺的設計與構建[J].中國農學通報，2010，26（20）：383-387.

[5]田智碩.葡萄種質資源數據庫系統的研究與構建[D].洛陽：河南科技大學，2012.

[6]任民，張興偉，張久權，等.煙草種質資源在線共享系統的開發應用[J].中國煙草科學，2011，32（4）：51-55.

[7]楊文娟，高媛，魏鑫，等.芝麻種質資源信息數據庫的設計與構建[J].中國油料作物學報，2018，40（1）：57-63.

[8]劉本英.云南茶樹 遺傳資源卷（一）[M].昆明：云南科技出版社，2018.

[9]劉本英，宋維希，馬玲，等.云南茶樹資源兒茶素和沒食子酸的差異性分析[J].西南農業學報，2012，25（3）：864-869.

[10]宋維希，劉本英，矣兵，等.云南茶樹優異種質資源的鑒定評價與篩選[J].茶葉科學，2011，31（1）：45-52.