植物分類學的信息化工具

植物分類學的信息化工具提

綱1、分類學信息化的緣起2、生物多樣性信息學的概念與學科架構(gòu)

3、重要信息平臺介紹4、分類學數(shù)據(jù)管理工具5、e-Science

軟件工具研發(fā)6、人工智能及未來技術(shù)趨勢1.

分類學信息化的緣起中科院昆明植物所

iFlora

戰(zhàn)略

2012年分類學信息化的起步與發(fā)展

2004年20182001年GBIF全球生物多樣性信息網(wǎng)絡(luò)中科院標本館網(wǎng)絡(luò)工程項目

2000年（美國國家級的標本信息平臺）

2011年BoL

(Barcode

od

Life)生命條碼生物名錄ToL

（Tree

of

Life）

1994年首屆全國生物多樣性信息學會議

2009年2008年全球生命大百科2007年2007年科學研究的范式革命?在科學研究上，從經(jīng)典分類學、細胞生物學、分子生物學、

組學研究，數(shù)據(jù)

的深度與廣度不斷強化，數(shù)據(jù)的體量也越來越大。科研已經(jīng)走向了數(shù)據(jù)密集

型的第四范式，數(shù)據(jù)平臺與信息技術(shù)成為最基礎(chǔ)的條件。分類學面臨的挑戰(zhàn)與歷史機遇

A、分類學的危機從信息的角度看，經(jīng)典分類學的信息提供能力與數(shù)據(jù)質(zhì)量

存在嚴重不足。對整個科學大廈的服務(wù)與支撐能力日漸微

弱。研究范式落后其他學科。B、信息化時代的機遇但分類學價值并沒有改變，大量的問題仍需分類學來解決，

分類學依然是最為基礎(chǔ)的學科。信息化帶來了信息采集與

加工能力的大幅度提升，使得數(shù)據(jù)整合變得容易，依賴于

大數(shù)據(jù)，人們繪制地球生物的時空圖譜的希望變?yōu)榭赡堋?/p>

這為分類學提供了新的機會。實例：Kew

的新科學戰(zhàn)略戰(zhàn)略一：研究與記錄全球植物與菌物

的多樣性，以及它們對人類的用途戰(zhàn)略二：基于邱園無與倫比的全球收

藏資源，管理、提供豐富的科學

數(shù)據(jù)

憑證戰(zhàn)略三：傳播植物與真菌的科學知識，

實現(xiàn)對科學、教育、保護政策和

管理

等方面影響力的最大化Kew

的研究焦點：

植物及菌物的多樣性研究與記錄館藏收集社會傳播1、世界植物在線門戶2、世界植物現(xiàn)狀報告3、熱帶重點植物分布區(qū)4、生命之樹5、世界種子銀行6、有用植物與菌物門戶網(wǎng)7、典藏數(shù)字化8、下一代植物及菌物科學家培訓計劃

9、植物園科普生物多樣性

信息學與空間分析組√√√√√√√√重點項目的團隊合作（注

：√表示參與）植物及菌物

的比較生物采集與館藏

組鑒定與命名

組保育生物學

組自然資本與

植物健康組學組世界植物在線門戶世界植物現(xiàn)狀報告熱帶重點植物分布區(qū)植物與菌物的生命之樹

世界種子銀行有用植物與菌物門戶網(wǎng)

典藏數(shù)字化下一代植物及菌物科學家

培訓計劃植物園科普√

√

√

√

√

√

√

√

√√

√

√

√√

√

√√

√

√√

√

√

√√

√

√√

√

√

√

√√

√

√

√

√信息化對分類學意義◆◆◆必由之路：

數(shù)據(jù)密集型科學時代的必然選擇，所以不要拒絕

工具，不要拒絕App，不要拒絕在線合作希望之路

：

信息化本身提供了很多的機會。例如常規(guī)的工作

變換了信息化手段就是創(chuàng)新。網(wǎng)絡(luò)社會也帶來了科普的重大利好。變革之路

：

我們的研究方法將產(chǎn)生根本性的改變。大數(shù)據(jù)變

得可能，因此對數(shù)據(jù)處理將成為極為重要的基礎(chǔ)能力。2.生物多樣性信息學

的概念與學科架構(gòu)Biodiversity

Informatics?

生物多樣性信息學

Biodiversity

Informatics上世紀70年代啟蒙，92年被提出，2000以后被學界接受。

2000年

Science

組織專欄，連發(fā)5篇文章介紹2009年6月2009年8月第一次國際盛會（69個國家，500名代表）

中國首屆生物多樣性信息學研討會（

2013年9月13，第三屆BI會議在辰山植物園召開）生物多樣性信息學的主要問題WFO

世界植物志在線項目啟動/主要研究方向中科院植物所，生物多樣性委員會

NSII

國家標本平臺CVH

中國數(shù)字植物標本館CFH

中國自然標本館PPBC

中國植物圖像庫CNPC

中國高等植物信息系統(tǒng)COL-ChinaEOL-ChinaBHL-ChinaABCD

亞洲生物多樣性保護和數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)中科院昆明植物所

—

iFlora

戰(zhàn)略

“智能植物志”（iFlora）是指將現(xiàn)代植物學、DNA測序技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合，通過系列關(guān)鍵技術(shù)的集成和攻關(guān)，構(gòu)建便捷、準確識別植物和掌握相關(guān)數(shù)字化信息的新一代“智能植物志”（或智能裝置）生物多樣性軟件工具開發(fā)中國動物信息網(wǎng)中國生物物種名錄（動物部分）

生物標本地理信息管理系統(tǒng)

動物信息集成系統(tǒng)物種潛在分布地預測系統(tǒng)動物行為記錄軟件期刊文獻全文共享管理系統(tǒng)

動物疫病網(wǎng)蝴蝶圖像在線鑒定系統(tǒng)昆蟲目級階元標本圖像自動鑒定系統(tǒng)微生物領(lǐng)域云中科院微生物研究所以中科院應用微生物研究網(wǎng)絡(luò)、全國科學院聯(lián)盟應用微

生物分會

和

世界微生物數(shù)據(jù)中心

等基礎(chǔ)，建立一個整

合的微生物領(lǐng)域云：?

促進數(shù)據(jù)積累、挖掘和共享?

解決數(shù)據(jù)和計算為核心的重要科學問題

?

開發(fā)服務(wù)于微生物學家的個性化信息服務(wù)探索出一條利用云技術(shù)，全面切入并促進從資源到產(chǎn)業(yè)

的科研創(chuàng)新價值鏈的新模式。Biodiversity

Informatics

學科構(gòu)架理解證據(jù)數(shù)據(jù)文化3.

重要信息平臺介紹Biodiversity

Informatics

學科構(gòu)架理解證據(jù)數(shù)據(jù)文化/dwca-validator//dwca-assistant/

/nameparser/

/白宮

Office

of

Science

and

Technology

Policy

要求

自

2013

年起所有公開預算?支持/科技部要求科學數(shù)據(jù)必須共享/自然科學基金支持的論文必須開放共享有關(guān)生物多樣性的綜合性門戶網(wǎng)絡(luò)平臺：EOL

實作了物種數(shù)據(jù)的管理平臺,讓數(shù)據(jù)可被

志愿的管理者審

閱。所有人的貢獻皆公開顯示

在個人的檔案?頁面。///Home.aspx物種名錄、志書GBIF

Web

API

/developer/summary//access/390

Million

Specimens4.1

Million

Type

Specimens11

TAFs

(Taxonomic

Access

Facilities)歐盟國家分類學集成網(wǎng)站/main/species/NCBIEBI重要的生物信息學中心National

Center

for

Biotechnology

Information

(US)

European

Bioinformatics

Institute

(EU)www.ebi.ac.ukDDBJ

DNA

Data

Bank

of

Japan

(JP)

www.ddbj.nig.ac.jpExPASy

Expert

of

Protein

Analysis

System

(Switzerland

)www.expasy.chPDB

Protein

Data

Bank

(US)/pdb/CBIPKU

北京大學生物信息中心

（CN）/chinese/BioSino

中國生物信息中心

(CN

)生物信息學數(shù)據(jù)庫EMBL、GenBank和DDBJ是國際上三大主要核酸序列數(shù)據(jù)庫EMBL

http://www.edi.ac.uk/ebi_docs/embi_db/edi/topembl.htmlDDBJ

http://www.ddbj.nig.ac.jp/GenBank

/Web/Genbank/其他重要的序列庫DbEST

http://www//dbEST/GSDB

/gsdb/SGD

/Saccharomyces/

UniGene

/UniGene/TDB

/tdb/tdb.htmlAceDB

http://www.sanger.ac.uk/Software/Acedb/Webace

http://webace.sanger.ac.uk/國內(nèi)：華大基因

/index生物信息學常用軟件生物信息數(shù)據(jù)的檢索工具——Entrez文獻的檢索與管理軟件——Reference

manager

序列同源搜索分析工具——Blast核酸、蛋白質(zhì)序列比對分析軟件——DS

gene\DNASIS

生物大分子空間三維結(jié)構(gòu)顯示與分析軟件——Rasmol

生物圖像對比分析軟件——Scion

Image

(NIH

image)

生物科學數(shù)據(jù)處理軟件——Origin2012年7月12日，華大基因和生物醫(yī)學中心

（BioMed

Central）宣布其共同創(chuàng)辦的生物

學期刊《GigaScience》首刊正式發(fā)行DELTA

System/lep/hints.htm/tree//pages/1156278/overview/apiALA.au/Virtual

Biodiversity

Researchand

Access

Network

forTaxonomySupporting

biodiversityresearchcommunities!http://www.biovel.eu/web-services/ModEco：物種分布分析與建模/ModEco/MaxEnt：基于最大熵理論的物種生境分布預測

/~schapire/maxent/DesktopGARP:物種分布預測模型

/desktopgarp/OpenModeller:

跨平臺的生態(tài)位模型工具

/

核心網(wǎng)絡(luò)GBIF

全球最大的標本數(shù)據(jù)庫，免費下載

TPL

/

植物名稱審核最權(quán)威的名錄

IPNI

/

全球植物名稱索引（名稱文獻最全）

EOL

生命大百科（集成信息最全面）BHL

/

生物多樣性歷史文獻庫

COL

/

生物名錄（最全面）NSIICVHCFHPPBC

國家標本平臺（中國標本最全面）

中國數(shù)字植物標本館（中國植物標本）

中國自然標本館（野外考察數(shù)據(jù)管理）

中國植物圖像庫（審核過的植物圖像庫）ColChina

/

物種2000中國節(jié)點4.

分類學數(shù)據(jù)管理技能分類學數(shù)據(jù)管理技能1、野外調(diào)查與圖庫管理（CFH）

2、標本數(shù)據(jù)查詢（NSII）3、常用數(shù)據(jù)格式與軟件介紹

4、名稱批量校對5、植物志編譯6、植物名錄與植物志編輯系統(tǒng)

7、社區(qū)共享與數(shù)據(jù)論文3、常用數(shù)據(jù)格式與軟件介紹

?平面文件

(flat-file)重點是要知道：

數(shù)據(jù)怎樣進行導入導出–

txt，csv–

純文本，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)依靠特殊標記由軟件解析?關(guān)系數(shù)據(jù)庫

(relational

DB)–

基于實體聯(lián)系模型

(E-R模型)–

表中的記錄(record/tuple)鍵唯一確定–

表之間通過外鍵建立聯(lián)系–

有通用的標準：SQL–

Excel、

Access、

Sqlite

、MySQL、SQL

Server、Oracle

?數(shù)據(jù)交換文件格式–

XML、JSON、YAML4.

名錄自動校對：/App/NameChecker/植物名稱批量校對/BioBook/ParseNames.aspx

植物學名校對工具?

Taxonomic

Name

Resolution

Service

(分類學名稱解析系統(tǒng),

TNRS)依據(jù)的數(shù)據(jù)源為Tropicos,

Global

Compositae

Checklist(/compositaeweb/

),

USDA

Plants(/java/)和NCBI

Taxonomy(/Taxonomy/)。登錄網(wǎng)站http:///TNRSapp.html/使用?

Plantminer

（植物名稱校對者）依據(jù)的數(shù)據(jù)源為Tropicos,

World

Checklist

of

Selected

Plant

Families

(WCSP)

(/wcsp/)和The

Plant

List

(

Carvalho

et

al.,

2010)。打開

/，使用Email接受結(jié)果?

Taxonstand

（學名標準化軟件包）Taxonstand是一個R軟件包,

它依據(jù)The

Plant

List的數(shù)據(jù)進行名錄比對,

校正錯誤

名稱,

給出名稱所在的科、相應的接受名和命名人。?

install.packages

("Taxonstand")/article/2015/1005-0094-23-2-252.html5、植物志編譯系統(tǒng)///目前支持的特性：???????????自動識別

Excel

電子表格識別常見的列表頭，自動關(guān)聯(lián)到植物志屬性字段植物名稱自動識別，支持中名、學名根據(jù)Excel表格生成植物志網(wǎng)頁批量生成學名索引、中文名稱筆畫索引、中文拼音索引網(wǎng)頁批量處理照片（聲稱縮略圖、縮放圖）自動識別照片名稱中的物種信息，并按科、屬、種的拉丁名生成目錄，分

類整理照片物種照片與物種網(wǎng)頁自動關(guān)聯(lián)網(wǎng)頁模版可以替換、定制生成可切換分類系統(tǒng)的物種樹修改Excel表格、照片后，一鍵發(fā)布重新生成即可更新6.

植物名錄與植物志編輯系統(tǒng)?

實例：?

PVH

與

校園網(wǎng)網(wǎng)站系列?

名錄管理功能：Excel

名錄表格上傳，批量導入后臺

的MySQL數(shù)據(jù)庫，前端Web頁面實現(xiàn)名錄的逐條編

輯功能?

植物志編輯系統(tǒng)：采用Wiki機制，保留歷史版本，支

持地圖功能，自動超鏈接，Markdown格式支持。GBIF的典型大數(shù)據(jù)特征：?4億條記錄，450個數(shù)據(jù)提供者，1萬多個數(shù)據(jù)集?100多萬個物種名稱?特點和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的缺乏：瀕危種、入侵種?只有58%以上的物種有1條以上的地標化記錄（0.1度網(wǎng)格）

?22%以下的物種有10條以上的地標化記錄（0.1度網(wǎng)格）?6%的物種有100條以上的記錄7.

社區(qū)共享與數(shù)據(jù)論文發(fā)表數(shù)據(jù)論文是數(shù)據(jù)共享的有效途徑如何發(fā)表數(shù)據(jù)論文？?

GBIF官網(wǎng)：

ttp:///publishingdata/datapapers?

林永昌鼓勵發(fā)表「資料論文」是促進生物多樣性數(shù)

據(jù)公開分享的有效策略

（PDF）C、參與公民科學，以眾包開展大規(guī)模研究5.

e-Science

軟件工具研發(fā)1.

網(wǎng)絡(luò)信息資源搜集2.

虛擬工作組（群組）3.

數(shù)字標本館4.

野外考察圖像處理5.

自然筆記App6.

活植物管理系統(tǒng)7.

園丁筆記App8.

自然保護區(qū)生物資源管理系統(tǒng)

9.

植物志網(wǎng)站編譯系統(tǒng)10.

植物志電子書編譯打包系統(tǒng)www.iBe-Science軟件工具研發(fā)?國內(nèi)唯一支持無限二級域名?可以創(chuàng)建生物多樣性網(wǎng)站的平臺

?具備Wiki

方式植物志編輯?具備名錄管理?具備圖庫管理?具備完整的用戶社區(qū)管理?（用戶可以創(chuàng)建群組）?（群內(nèi)自建角色系統(tǒng)）?（跨域的單點登錄系統(tǒng)）?（具備網(wǎng)站二次開發(fā)與擴展能力）專業(yè)軟件工具庫人工搜集網(wǎng)址Spider爬行采集生物多樣性信息

導航網(wǎng)站知識分析與抽取人工知識校對用戶收藏網(wǎng)址生物多樣性

搜索引擎人工整理基礎(chǔ)庫多終端訪問

（Web+桌面+移動）互聯(lián)網(wǎng)生物多樣性

信息源數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)庫

（物種、地理）生物多樣性

本體知識庫生物多樣性

網(wǎng)絡(luò)資源庫索引庫專題標本庫專題圖像庫數(shù)字化文獻庫電子志書名錄專題應用面向用戶的個性化生物多樣性e-Science工作平臺植物志編撰系統(tǒng)與案例課題、研究專題門戶網(wǎng)站創(chuàng)建系統(tǒng)

野外考察技術(shù)體系活植物管理系統(tǒng)注冊會員

>680物種信息

>

500萬條

地理地標信息

>

700萬

集成

CPNI

2.0

TPL

COL

COL-China2013

API集成

GBIF

EOL

BHL

IPNI

CFH搜索搜索

中國植物志，CNKI集成搜索系統(tǒng)上線（軟件著作權(quán)）1.

信息資源搜集保藏1、圖像截屏、圖像快速上傳、保存

2、文章摘錄3、群組討論4、自建欄目，組織信息5、QQ群組對接2.

虛擬工作組（群組）3.

數(shù)字標本館標本館：

26家標本記錄：

5,382,935

條

標本照片：

2,867,661

張標本管理模塊功能體系?