大數據解碼“植物王國”

　　植物對環境變化非常敏感，植物大數據研究與運用具有重要意義。我國的植物大數據研究成果已經應用于三峽水淹區多樣性調查、瀕危物種評估、保護區的有效性評估、入侵種預測、國家重點野生植物分布、中醫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、國家環保公益性行業科研專項等多個項目

　　大數據與移動互聯網正在讓人們與“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，就可以在幾秒鐘內得到關于它的根莖葉花果、分布及生長習性在內的詳細信息。

　　“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。”“花伴侶”創始人李敏介紹，“隨著高通量測序技術的發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字化，是世界各國相關科學領域發展的基礎性工作。數字化獲得的大數據，可為多種研究提供權威的數據支持

　　與“花伴侶”相似，不少植物識別客戶端的數據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。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年創建至今，目前數字化標本總量已達1200多萬份，規模已居全球第二。

　　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%。發展至今，它集中了我國最優質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字化表達，創制或數字化了植物志書、野外生境照片、植物名詞術語、電子檢索表、專家人名錄以及各類植物名錄等30余個專題數據庫，這些信息都通過“中國數字植物標本館”網站提供在線查詢和線下服務，實現了信息共享。

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

　　標本數字化的主要內容是采集照片和提取標本信息。“2008年以后，我們統一了對植物標本照片質量的要求——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和專業相機；標本數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”。

　　植物標本的數字化不局限于臘葉標本，有條件的機構還在嘗試將植物活體標本信息數字化。位于深圳的國家蘭科中心去年起將蘭科植物活體的動態生長過程拍照記錄并保存下來，目前已在進行數據整理，未來可供使用者直接進行檢索查閱。“活體和臘葉標本的數字化采集和使用，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。”國家蘭科中心主任劉仲健說。

　　整合及應用植物大數據

　　開展專題科研、提供數據共享和專業服務，是目前植物大數據的主要應用形式。植物大數據成果已應用于多個領域，支撐著多項科研項目

　　“植物對環境變化非常敏感。地球環境發生變化，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。”不久前，在深圳舉辦的第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《大數據時代的生命之樹重建和生物多樣性分布研究》的主旨報告。“對植物大數據進行搜集、整合與分析，能準確了解、預測植物的現狀與未來。”道格拉斯·索爾蒂斯說。

　　在道格拉斯·帕梅拉看來，植物大數據信息繁雜多樣，整合工作有相當大的難度。“除了科學家，社會各界人士都可通過提供資料，參與建設植物大數據。”道格拉斯·帕梅拉說，“未來植物大數據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；植物大數據還應當成為政府出臺公共政策的參考，比如居民區、工業區、保護區的規劃設計等”。

　　開展專題科研、提供數據共享和專業服務，是目前植物大數據的主要應用形式。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跨越以原始數據積累為主的“第一階段”和標本數據快速增長與專題服務共存的“第二階段”，進入以數據積累為基礎，突出數據共享和有針對性的專業數據服務的“第三階段”。

　　以植物子平臺為例，植物大數據成果已經應用于三峽水淹區多樣性調查、瀕危物種評估、保護區的有效性評估、入侵種預測、國家重點野生植物分布、中醫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、國家環保公益性行業科研專項、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。發展科學植物園，中國將大有可為

　　植物種質資源作為戰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。”深圳市中國科學院仙湖植物園主任張國宏說，“保護植物種質多樣性，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%、物種數的60%。有些植物在野外自然生長狀態下已經絕滅，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，并創新開展公眾科普教育，在國內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，填補了當地植物志的空白。

　　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。”張國宏說，雖然仙湖植物園今天已經是國際植物園保護聯盟和中國植物園聯盟重要成員，但與英國、美國等地的國際一流植物園相比，差距還很明顯。“但可以確定的是，發展科學植物園，中國將大有可為。”