Введение
Информационные технологии (ИТ) обеспечивают оперативный сбор, хранение и анализ данных о генофонде растений, о наблюдаемых процессах эрозии видового состава природной флоры, вырождении наследуемых признаков у сортов и видов культурных растений, деградации естественных и рукотворных биоценозов [1, 6]. Признание непреходящей значимости ИТ в области охраны биоразнообразия отражено в ряде международных документах [7, 10, 11, 22]. Но практическое применение ИТ зачастую упирается в необходимость переработки огромного пласта неунифицированных качественных и количественных показателей состояния ГРР, данных по сбору, хранению, географического и таксономического охвата. В связи с этим возникает необходимость в создании унифицированных компьютерных баз данных и адаптировании современных программных средств, для их анализа [3, 5, 6, 20].
Целью настоящего исследования является разработка унифицированной и адаптированной информационной системы (ИС), для информационного обеспечения действий в области сбора, инвентаризации, хранения, использования, обмена, долгосрочного прогнозирования и моделирования состояния in situ и ex situ сохраняемых ГРР из культурной и дикой флоры Азербайджана.
Такая система разработана и установлена в Институте генетических ресурсов. ИС, включающая Национальный механизм информационного обмена, базы данных, относительно так коллекционного фонда и дикий флоры, показывает все процессы, происходящие в структуре ГРР и нацеленное на обеспечения соответствующих превентивных мер, нацеленных на сохранение, восстановление и рациональное использование всего многообразия генетических ресурсов растений в Азербайджане [14, 18].
Материалы и методы
Объектами настоящего исследования служили: данные о коллекции растений и сохраняемых в них образцах; результаты экспедиционных обследований мест обитания видов и мест сбора образцов; данные по интродукции и передвижении; данные, о состоянии исчезающих видов растений и динамики видового состава фитоценозов; данные гербарного фонда и таксономические порядки растений; локальные и исторические знания о ГРР; сведения об учреждениях, экспертах, ученых, а также о донорах, хранителях коллекций. Подлежали информационному охвату и первоисточники - полевые и посевные журналы, экспедиционные листы и отчеты; паспорта коллекций, формы для составления паспортов и списки образцов ГРР; таксономические материалы; каталоги, книги, статьи и другая литература; отчеты по изучению генофондного материала; географические (в т.ч. электронные) карты; программы и проекты; архивные, исторические и археологические материалы, летописи; протоколы первичной регистрации и карантинной службы и т.д.
Для стандартизации данных по растениям использованы единые международные дескрипторы, разработанные при участии Bioversity International и FAO [8]. Использованы также частично модифицированные стандартные кодировки данных, облегчающие их сбор, хранение и обмен с разными международными системами [6, 9, 20].
Принципиальная схема построения ИС о ГРР Азербайджана включает три основных функциональных блока. Программное обеспечение инвентаризационного блока включает операции по созданию баз данных, методы по сбору и хранению данных об образцах, а также методы дискретизации, унификации и систематизации информации по всему спектру исследований генетического разнообразия растений [6, 9]. Для разработки главных составляющих инвентаризационного блока - реляционных, многотабличных и многослойных баз данных и для манипулирования данными в них, использованы реляционные Системы Управления Базами Данных, таких как Visual FoxPro, dBase, МAccess, SQL Server [2, 3, 4, 5, 6] и язык программирования SQL (Structured Query Language). За основу построения Центральной Базы Данных (ЦБД) взята база данных, созданная в Международном Центре по Сельскохозяйственным Исследованиям в Засушливых Территориях (ICARDA) и используемая для инвентаризации коллекций ГРР Центральной Азии и Южного Кавказа [14].
Второй - аналитический блок, тесно связан с первым блоком. При разработке этого блока и при обработке данных использованы соответствующие методики, а количественные критерии для сравнения и оценки генетического разнообразия коллекций, экосистем и мест обитаний [9, 13,]. Также привлечен картографический способ анализа и подачи информации о состоянии и географическом распределении биоразнообразия разных почвенно-климатических природных зон, о разнообразии коллекций и экологические данные о местах сбора образцов растений [12, 16].
Третий, организационно-управленческий блок ИС основан на применении общеизвестных автоматизированных систем управления. При разработке этого блока использован многолетний опыт многих ведущих стран мира, практические рекомендации международных, региональных и национальных организаций [15, 17, 20].
Для обеспечения целостности документации использован эффективный метод развития системы как процесса в интерактивном режиме, обеспечивающий обратную пользовательскую связь и предусматривающий непрерывность сбора и добавления недостающих данных и модернизации базы данных [20, 21].
Результаты и обсуждения
Как указано выше, ИС включает три основных функциональных блока. Первые два - инвентаризационный и аналитический блоки, тесно связаны программными средствами, с использованием основополагающих принципов информационных и экосистемных технологий и ботанических методов. Разработана ЦБД ex situ коллекций ГРР Азербайджана на основе опыта специалистов ICARDA [14, 18]. Затем были расширены возможности ее использования для сбора, хранения и обработки данных не только об образцах растений, семена которых хранятся в генобанках, но также растительных ресурсах, сохраняемых in situ, размножаемых вегетативно и in-vitro. ЦБД состоит из множества таблиц соединенных специальными полями-ключами. В архитектуре базы важное место занимают таблицы с паспортными, ботаническими, с экологическими данными, данными по эволюции, сбору, интродукции, обмену, хранению и т.д. ЦБД по ГРР Азербайджана обеспечивает сбор и хранение надлежащей информации, подготовку и представление отчетов по генофонду, полный учет движения гермоплазмы, точную обработку и управление большим набором данных и т.д. Для информационной загрузки, в первую очередь проведены работы, направленные на определение и инвентаризацию всех значимых ex situ коллекций Республики. Разработана и применена система сбора и подачи данных через созданную Республиканскую сеть по ГРР. Параллельно были определены статус и формы сохранения образцов, унифицированы методы подготовки данных для введения в базу данных. Подготовлены и импортированы в структуры Базы Данных информация по сбору, хранению, интродукции, а также ботанические, экологические данные, накопленные в таблицах с расширениями *.doc, *.xls, *.dbf. Паспортная часть ЦБД национального генофонда подготовлена в виде Excel-таблицы, загружена в EURISCO (Европейский Информационно-Поисковый Web-Каталог) и доступна on-line режиме, через сайт: http://eurisco.ecpgr.org/. В настоящее время ЦБД содержит данные различного характера о более чем 8100 образцов растений, сохраняемых в 14 коллекциях. В ней представлены образцы растений, относящихся 385 родам, 904 видам и 1059 разновидностям. Функциональные возможности созданной реляционной базы данных намного выше, чем простое хранение информаций. Ее структура обеспечивает эффективную систему быстрого доступа к определенной информации или к ее диапазону, в котором дается описание определенного образца гермаплазмы, предоставляет дополнительные возможности для постановки и решения аналитических задач.
Разработан Национальный механизм информационного обмена, который включает всеобъемлющую базу данных обо всех процессах сбора, хранения, изучения и использования ГРР с 1995-го года. В этот же блок включено информационное обеспечение, охватывающее экспедиции и метеосводки.
Аналитический блок также отчасти интегрирован в созданные базы данных. Кроме всего, он содержит данные, полученные в результате обработки первичной информации (классификация, типизация, вычисление индексов, экспертная оценка). Здесь экологические данные анализируются картографическим способом. Для подготовки ареальных карт используется программный пакет Diva-GIS и общедоступные электронные карты [12, 16]. Перевод географических данных мест сборов образцов на GIS-карты дает возможность проводить их сопоставительный анализ с общеизвестными (литературными, гербарными, экспедиционными, историческими и др.) данными и готовить рекомендации для заполнения пробелов в коллекциях, своевременного оповещения о колебаниях разнообразия ГРР в данных областях [19].
ИС нацелена на установление соответствия между задачами селекции и необходимым для их решения разнообразием исходного материала, на определение минимального разнообразия того или иного таксона для долговременного хранения и т.д. Созданная организационно-управленческая система позволяет управлять функционированием инвентаризационного блока, планированием организации сбора данных, их систематизацией, использованием ценных по разным параметрам образцов в практике сельскохозяйственных исследований и природопользования. Кроме того, использование аналитической «продукции» второго блока, в том числе, разработанных критериев, полученных индексов и оценок состояния биоразнообразия обеспечивает выработку решений в области изучения, сохранения и использования ГРР и охраны окружающей среды. При этом ИС может функционировать достаточно эффективно, если с ее помощью разработать прикладные, сельскохозяйственные и эколого-экономические модели прогнозов и альтернативных сценариев в данных областях.
В системе информационного обеспечения ГРР Азербайджана уже проведен ряд аналитических исследований по спектру данных об образцах, собранных в ЦБД и на их основе подготовлены рекомендации по отдельным родам, видам и образцам [19].
В ходе построения ИС на семинарах, тренингах, индивидуальных занятиях проводилось обучение ее пользователей (участники республиканской сети по ГРР, персонал научных учреждений, члены рабочих групп по растениям, занимающиеся сбором, подготовкой и обменом данных), им прививались навыки идентифицирования и организации информации в стандартный формат, интерпретирования исторических и технических документов.
Заключение
Показано, что разработанная система через механизмы внутри- и межблочной обработки и компьютерного анализа накопленных массивов информации о ГРР позволяет определиться в управленческой стратегии, политике и тактике будущих действий в этой области. ИС позволяет повысить эффективность природоохранных мероприятий, обеспечивает своевременность выявления причин уменьшения разнообразия, исчезновения ценных видов дикой флоры и местных стародавних сортов, подготовки и принятия рекомендаций и превентивных мер по их устранению. ЦБД помогает оперативному решению аналитических задач в области рационального использования образцов растений в селекции. Поисковая система обеспечивает эффективный доступ ко всему массиву информации или отдельным ее блокам, содержащим те или иные ценные источники данных по ГРР, включая литературные ссылки, что облегчает исследователям ориентировку в громоздких объемах информаций.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Алиев Д.A., Акпаров З.И. Генетические Ресурсы Растений Азербайджана. Вести Нац.Акад.Наук Азербайджана, Биологические науки, Баку, 2002, N 1-6, с. 57-68.
- Сосински Б. Разработка приложений в среде Visual FoxPro 5. Пер. с анг. Киев: «Диалектика», 1997, 448 с.
- Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. Москва, «Финансы и статистика», 1989
- Каратыгин С., Тихинов А., Тихинова Л. Visual FoxPro 6. ЗАО «Издательство БИНОМ», 1999
- Наумов А.Н., Вендров А.М. и др. Системы управления базами данных и знаний. Москва, «Финансы и статистика», 1991, 343 с.
- Прохоров А.А. Информационные технологии и мобилизация генетических ресурсов растений в ботанических садах. Материалы Международной Ботанической Конференции "Роль Ботанических садов в сохранении окружающей среды", Баку, 2006, сс.83-87
- Convention on Biological Diversity, 1992, Rio de-Janeyro, http://www.biodiv.org/default.shtml
- FAO/IPGRI Multi-Crop Passport Descriptors list, December 2001. http://www.bioversityinternational.org/publications/Pdf/124.pdf
- Germier Ch.U., Frese L. A data model for the evaluation and characterization of plant genetic resources. "Broad Variation and Precise Characterization - Limitation for the Future". Poznan. Poland, 2001, pp.174-177
- Global Plan of Action for the Conservation and Sustainable Utilization of Plant Genetic Resources for Food and Agriculture, 1996, Leipzig, http://www.fao.org/ag/AGP/AGPS/GpaEN/gpatoc.htm
- Global Strategy for Plant Conservation, 2002, Hague, http://www.biodiv.org/decisions/default.asp?dec=VI/9
- Guarino L, Jarvis A, Hijmans RJ, Maxted N. Geographic information systems (GIS) and the conservation and use of plant genetic resources. In: Engels JMM, Ramantha Rao V, Brown AHD, Jackson MT, editors. Managing Plant Genetic Diversity. CABI Publishing, Wallingford , UK , 2002, pp. 387-404.
- José Luis, Alonso Lanza, etc. Development of a documentation system for the in situ conservation of cultivated plant genetic resources. PGR Newsletter, FAO-IPGRI, Published in Issue No.121, 2000, pp.62-63
- Konopka J., Mammadov A.T. The Regional Database of PGR in Central Asia and Caucasus. I International Scientific Conference "Genetic Resources of Biodiversity", Baku, "Elm", 2006, p.257
- Lee J.M., Davenport G.F., Marshall D., etc. GERMINATE. A generic database for integrating genotypic and phenotypic information for plant genetic resource collections. / Plant Physiology, 2005, Vol. 139, No. 2, pp. 619-631
- Lobo Burle, Torres Cordeiro, etc. Characterization of germplasm according to environmental conditions at the collecting site using GIS-two case studies from Brazil, PGR Newsletter, FAO-IPGRI, Published in Issue No.135, 2003, pp.1-11
- Luneva N.N., Chukhina I.G., Lebedeva E.G. An information retrieval system for VIR's herbarium, St. Petersburg, Russia, as a tool for cultivated plant research. / Genetic Resources and Crop Evolution, 2000, Vol.47, No.2, pp.147-152
- Mammadov A.T., Konopka J., Akparov Z.I. The Central Database of Azerbaijan Plant Genetic Resources. I International Scientific Conference "Genetic Resources of Biodiversity", Baku, "Elm", 2006, p.255
- Mammadov A.T., Mirzaliyeva I.A. The analyses of collecting site data in the Database of National Genbank. I International Scientific Conference "Genetic Resources of Biodiversity", Baku, "Elm", 2006, p.255
- Painting K.A., Perry M.C., Denning R.A. and Ayad W.G. Guidebook for Genetic Resources Documentation. "International Plant Genetic Resources Institute", Roma 1995
- Stephanie L. Greene. Improving the quality of passport data to enhance germplasm use and management. PGR Newsletter, FAO-IPGRI, Published in Issue No.125, 2001, pp.1-8
- The International Treaty on Plant Genetic Resources for Food and Agriculture, 2001, Roma, http://www.fao.org/AG/%20cgrfa/itpgr.htm