大數(shù)據(jù)解碼“植物王國”

植物對環(huán)境變化非常敏感，植物大數(shù)據(jù)研究與運用具有重要意義。我國的植物大數(shù)據(jù)研究成果已經(jīng)應用于三峽水淹區(qū)多樣性調(diào)查、瀕危物種評估、保護區(qū)的有效性評估、入侵種預測、國家重點野生植物分布、中醫(yī)藥植物分析等多個領域，支撐著包括國家自然科學基金、國家科技基礎條件平臺項目、國家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項等多個項目

大數(shù)據(jù)與移動互聯(lián)網(wǎng)正在讓人們與“植物王國”的距離變得更近。如今漫步在植物園或者大街小巷，只要打開“形色”“微軟識花”或“花伴侶”等手機客戶端，對準植物的特征部位掃一掃，就可以在幾秒鐘內(nèi)得到關于它的根莖葉花果、分布及生長習性在內(nèi)的詳細信息。

“基于收錄300多萬幅植物圖片的中國植物圖像庫，‘花伴侶’目前可以支持5000到1萬種常見高等植物識別?！薄盎ò閭H”創(chuàng)始人李敏介紹，“隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展和基因知識的普及，也許在不遠的將來，舉起手機掃一掃植物，還能了解它的基因信息?！?

標本數(shù)字化是大勢所趨

在信息時代的大背景下，將植物等生物資源的標本數(shù)字化，是世界各國相關科學領域發(fā)展的基礎性工作。數(shù)字化獲得的大數(shù)據(jù)，可為多種研究提供權(quán)威的數(shù)據(jù)支持

與“花伴侶”相似，不少植物識別客戶端的數(shù)據(jù)都來源于中國植物圖像庫，這是中國科學院植物研究所2008年在植物標本館設立的專職植物圖片管理機構(gòu)。不僅是植物照片信息，由中國科學院植物研究所牽頭、科技部支持的基礎平臺——國家標本資源共享平臺，從2003年創(chuàng)建至今，目前數(shù)字化標本總量已達1200多萬份，規(guī)模已居全球第二。

植物子平臺是國家標本資源共享平臺下設的6個子平臺之一。該平臺目前標本總館藏量1440萬份，模式標本5.8萬份，分別占全國總量的67%和80%。發(fā)展至今，它集中了我國最優(yōu)質(zhì)的標本資源和分類學人力資源，成為我國資源量最大的植物標本信息共享平臺。截至2016年底，共完成680萬份植物標本標準化整理與數(shù)字化表達，創(chuàng)制或數(shù)字化了植物志書、野外生境照片、植物名詞術(shù)語、電子檢索表、專家人名錄以及各類植物名錄等30余個專題數(shù)據(jù)庫，這些信息都通過“中國數(shù)字植物標本館”網(wǎng)站提供在線查詢和線下服務，實現(xiàn)了信息共享。

在信息時代的大背景下，將植物等生物資源的標本數(shù)字化，是世界各國相關科學領域發(fā)展的基礎性工作?！皵?shù)字化獲得之后就是大數(shù)據(jù)。有了大數(shù)據(jù)，就可以為生物多樣性保護提供更權(quán)威的數(shù)據(jù)支持。”中科院植物研究所工程師劉慧圓說。

標本數(shù)字化的主要內(nèi)容是采集照片和提取標本信息?！?008年以后，我們統(tǒng)一了對植物標本照片質(zhì)量的要求——1200萬像素以上；對于模式標本則要求通過掃描，形成6000多萬像素的高清專業(yè)資料。”劉慧圓說，“在標本信息提取上，按照標準錄入采集、鑒定、性狀等全部信息”。

信息化手段極大地提升了標本采集、使用的便利性和效率。劉慧圓介紹，“如今野外采集標本可直接在手機上使用專門軟件實時錄入，隨行標配中也有了地圖軟件、GPS和專業(yè)相機；標本數(shù)字化極大地方便了查詢和使用，研究者可以直接在植物子平臺網(wǎng)站在線查閱標本。另外，由于實體標本查閱頻次降低，館藏標本的損耗減少，更有利于長期保存”。

植物標本的數(shù)字化不局限于臘葉標本，有條件的機構(gòu)還在嘗試將植物活體標本信息數(shù)字化。位于深圳的國家蘭科中心去年起將蘭科植物活體的動態(tài)生長過程拍照記錄并保存下來，目前已在進行數(shù)據(jù)整理，未來可供使用者直接進行檢索查閱?！盎铙w和臘葉標本的數(shù)字化采集和使用，有助于我們更快捷、更直觀、更清晰地摸清植物資源‘家底’，更有效地保護植物資源?！眹姨m科中心主任劉仲健說。

整合及應用植物大數(shù)據(jù)

開展專題科研、提供數(shù)據(jù)共享和專業(yè)服務，是目前植物大數(shù)據(jù)的主要應用形式。植物大數(shù)據(jù)成果已應用于多個領域，支撐著多項科研項目

“植物對環(huán)境變化非常敏感。地球環(huán)境發(fā)生變化，最直觀的反應之一可能在植物分布上。例如，氣溫上升2℃，哪些植物分布可能往北移了，哪些植物分布范圍變小了？這是每個地球人應該掌握的信息?！辈痪们埃谏钲谂e辦的第19屆國際植物學大會上，國際知名植物學家道格拉斯夫婦參會，道格拉斯·索爾蒂斯作了題為《大數(shù)據(jù)時代的生命之樹重建和生物多樣性分布研究》的主旨報告?！皩χ参锎髷?shù)據(jù)進行搜集、整合與分析，能準確了解、預測植物的現(xiàn)狀與未來?！钡栏窭埂に鳡柕偎拐f。

在道格拉斯·帕梅拉看來，植物大數(shù)據(jù)信息繁雜多樣，整合工作有相當大的難度?！俺丝茖W家，社會各界人士都可通過提供資料，參與建設植物大數(shù)據(jù)?！钡栏窭埂づ撩防f，“未來植物大數(shù)據(jù)也應當是充分開放的。不只植物學家，普通人也可以利用。比如用手機拍攝一株植物，就能夠了解它是否瀕危；植物大數(shù)據(jù)還應當成為政府出臺公共政策的參考，比如居民區(qū)、工業(yè)區(qū)、保護區(qū)的規(guī)劃設計等”。

開展專題科研、提供數(shù)據(jù)共享和專業(yè)服務，是目前植物大數(shù)據(jù)的主要應用形式。國家標本資源共享平臺項目負責人馬克平告訴記者，成立14年來，國家標本資源共享平臺項目已經(jīng)跨越以原始數(shù)據(jù)積累為主的“第一階段”和標本數(shù)據(jù)快速增長與專題服務共存的“第二階段”，進入以數(shù)據(jù)積累為基礎，突出數(shù)據(jù)共享和有針對性的專業(yè)數(shù)據(jù)服務的“第三階段”。

以植物子平臺為例，植物大數(shù)據(jù)成果已經(jīng)應用于三峽水淹區(qū)多樣性調(diào)查、瀕危物種評估、保護區(qū)的有效性評估、入侵種預測、國家重點野生植物分布、中醫(yī)藥植物分析等多個領域，支撐的科研項目包括國家自然科學基金、國家科技基礎條件平臺項目、國家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項、美國自然科學基金項目等多項基金項目。

中科院植物研究所覃海寧說，2008年啟動編制的《中國生物多樣性紅色名錄—高等植物卷》就以中國數(shù)字植物標本館為重要基礎，專家通過標本獲取植物的分布范圍，或者直接通過標本信息進行受威脅狀況的評估，歷時數(shù)年最終確定相關名錄。

打造科學植物園大有可為

植物園不同于普通公園，是開展珍稀瀕危植物遷地保護和科學研究，提供科普教育和旅游服務的綜合性機構(gòu)。發(fā)展科學植物園，中國將大有可為

植物種質(zhì)資源作為戰(zhàn)略資源的意義越來越被重視。

“在成功提取出青蒿素之前，誰也不會料到人們眼中的‘雜草’黃花蒿，竟然蘊藏了這么大的能量?！鄙钲谑兄袊茖W院仙湖植物園主任張國宏說，“保護植物種質(zhì)多樣性，拯救正在快速消失的植物，其實就是拯救我們自己”。與此同時，作為我國保護植物多樣性的最佳場所之一的植物園，也受到越來越多的關注。

植物園不同于普通的公園，在遷地保護方面，我國的190多個植物園現(xiàn)有本土植物288科、2911屬、約2萬種，分別占我國本土高等植物科的91%、屬的86%、物種數(shù)的60%。有些植物在野外自然生長狀態(tài)下已經(jīng)絕滅，但在植物園得以栽培保存，保育成就可謂卓越。

張國宏介紹，從2007年開始，仙湖植物園由深圳市與中國科學院共建，定位升級為集科學研究、科學普及、生態(tài)旅游功能于一體的綜合性植物園。近年來，仙湖植物園專注于植物種質(zhì)資源保育和高水平科學研究，保育物種已近12000種，還參與共建了國家標本資源共享平臺植物子平臺，并創(chuàng)新開展公眾科普教育，在國內(nèi)外形成了一定的影響力。今年6月，仙湖植物園歷時13年編撰的《深圳植物志》出版，填補了當?shù)刂参镏镜目瞻住?

在科學昌明的時代，一流的植物園一定是重視科學研究和傳播、具有科學內(nèi)涵的綜合性植物園。

“英國皇家植物園與愛丁堡皇家植物園都以豐富的植物物種、悠久的歷史和強大的科研實力成為世界文化遺產(chǎn)?！睆垏暾f，雖然仙湖植物園今天已經(jīng)是國際植物園保護聯(lián)盟和中國植物園聯(lián)盟重要成員，但與英國、美國等地的國際一流植物園相比，差距還很明顯?！暗梢源_定的是，發(fā)展科學植物園，中國將大有可為。