Xây dựng công cụ trực tuyến tra cứu họ thực vật hạt kín ở Việt Nam

TAÏP CHÍ ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN Soá 21 - Thaùng 6/2014 118 XÂY DỰNG CÔNG CỤ TRỰC TUYẾN TRA CỨU HỌ THỰC VẬT HẠT KÍN Ở VIỆT NAM NGUYỄN HỒ THẾ VINH(*) THÁI KẾ QUÂN(**) TÓM TẮT Việc định danh một họ thực vật từ những đặc điểm riêng lẻ thu được trên mẫu thực vật là một vấn đề khó khăn. Năm 1997, Nguyễn Tiến Bân giới thiệu cuốn khóa định loại các họ cây hạt kín ở Việt Nam. Tuy các đặc điểm dùng định họ rất rõ ràng, nhưng việc tra bảng các bảng đặc điểm khác nhau trên giấy rất khó khăn đối với người dùng, đặc biệt là những sinh viên ngành Sinh học. Dựa trên khóa định loại các họ thực vật hạt kín ở Việt Nam (Nguyễn Tiến Bân, 1997), chúng tôi xây dựng công cụ trực tuyến giúp người dùng dễ dàng tra cứu họ thực vật hạt kín ở Việt Nam với giao diện tiếng Việt. Công cụ có thể được sử dụng tại Từ khóa: họ thực vật, cây hạt kín, ngành Sinh học, công cụ trực tuyến. ABSTRACT Identification of a plant family based on certain features of a collected plant sample is very difficult. In 1997, Nguyen Tien Ban reported “keys for identification of Vietnamese plant families”. In spite of clear identification keys, it’s not easy to identify a plan family of a sample with certain features by looking up them in the printout version, especially for undergraduate biology students. Using the reported keys for identification of Vietnamese plant families, we developed a web-based tool to make the identification easier. The tool can be accessed via Internet at Keywords: plant families, biology, website - based tools 1. MỞ ĐẦU (*) (**) Trong số hơn 260000 loài thực vật hạt kín được phát hiện trên Trái Đất [3, 4], Việt Nam ghi nhận sự có mặt khoảng 12000 loài được xếp vào 265 họ thực vật khác nhau. Dựa vào các đặc điểm riêng của từng họ thực vật, khóa định loại các họ cây hạt kín ở Việt Nam đã được thiết lập bởi Nguyễn Tiến Bân [1, 2] nhằm giúp người (*)CN, Khoa Sư phạm Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Sài Gòn (**)ThS, Bộ môn Sinh học, Khoa Sư phạm Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Sài Gòn dùng dễ dàng hơn trong việc định danh các họ thực vật. Người dùng sẽ xem xét đặc điểm mẫu vật của họ và tra bảng để tìm ra họ tương ứng của mẫu vật cần tra cứu. Tuy nhiên, việc tra cứu từng bảng riêng biệt thường không mang lại một kết quả rõ ràng, chẳng hạn nếu tra cứu theo dạng sống thì có thể gặp rất nhiều họ thực vật có dạng sống tương tự nhau. Sự kết hợp giữa hai hay nhiều bảng khóa sẽ cho kết quả chính xác hơn nhưng thực hiện điều này rất khó với các bảng in. Phần mềm quản lí và tra cứu đa dạng thực vật Việt Nam (PlantsVN) NGUYỄN HỒ THẾ VINH - THÁI KẾ QUÂN 119 được xây dựng bởi GS.TS Nguyễn Văn Sinh, dựa trên cẩm nang của Nguyễn Tiến Bân cũng đã cung cấp một chức năng tra cứu họ thực vật [5]. Tuy nhiên, phần mềm này chạy trên hệ điều hành Windows XP với giao diện hoàn toàn bằng tiếng Anh là một hạn chế không nhỏ cho người sử dụng. Sinh viên ngành Sinh học của nhiều trường, chẳng hạn như Đại học Sài Gòn, Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh, Đại học Khoa học Tự nhiên Tp. Hồ Chí Minh hằng năm đều được tổ chức các khóa học “Thực tế thiên nhiên” tại các vùng có sự đa dạng sinh học cao như Đà Lạt, Nha Trang, Vũng Tàu, Vườn Quốc gia Núi Chúa, Vườn Quốc gia Nam Cát Tiên,. Trong các khóa học này, sinh viên được hướng dẫn thu thập các mẫu thực vật và dựa vào các đặc điểm riêng để định họ, định danh các mẫu vật thu được. Thế nhưng để có được thông tin về tên, họ của các mẫu vật thu được, các sinh viên hầu hết đều phải nhờ cậy các chuyên gia định họ, định danh giúp mà ít khi (hoặc không thể) tự mình xác định được. Chúng tôi đã tiến hành xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) thu thập các đặc điểm phân loại các họ thực vật và phát triển một ứng dụng Web nhằm cung cấp cho người dùng một công cụ giúp xác định các họ thực vật hạt kín ở Việt Nam. Các trang Web với giao diện tiếng Việt, có thể sử dụng được ở nhiều hệ điều hành khác nhau sẽ giúp cho việc tra cứu dễ dàng và thuận lợi. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu Dữ liệu được sử dụng gồm 2 nhóm thông tin có ở “Cẩm nang tra cứu và nhận biết các họ thực vật hạt kín ở Việt Nam” – Nguyễn Tiến Bân [1], bao gồm đặc điểm chi tiết của 265 họ thực vật hạt kín và 10 bảng khóa – 10 đối tượng sử dụng tra cứu, nhận dạng 265 họ thực vật hạt kín ở Việt Nam. Nguồn dữ liệu này được chúng tôi lưu trữ máy vi tính. Để xây dựng nên cơ sở dữ liệu chứa các thông tin về đặc điểm chi tiết và đặc điểm nhận dạng của các họ thực vật, chúng tôi phân tích và sắp xếp dữ liệu đã thu thập thành các nhóm đối tượng thông tin khác nhau. Từ đó mô hình đối tượng được xây dựng nên ở dạng các bảng, đồng thời thiết lập mối quan hệ giữa các bảng đó. Sau khi phân tích dữ liệu và khái quát hóa dữ liệu thành các nhóm riêng biệt, mô hình đối tượng này được thiết lập và quản lí bởi hệ quản trị CSDL MySQL. Một chương trình máy tính được viết bởi ngôn ngữ Perl đọc tất cả các tập tin ở định dạng kí tự đã lưu ở bước trên và tách thành các nhóm thông tin riêng biệt, lưu vào CSDL. 2.2. Xây dựng công cụ trực tuyến tra cứu họ thực vật hạt kín ở Việt Nam Trang Web thể hiện thông tin về họ thực vật hạt kín trong CSDL và công cụ tra cứu họ thực vật hạt kín ở Việt Nam được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Perl và ngôn ngữ HTML. Kịch bản chương trình được viết bằng Perl kết hợp với ngôn ngữ HTML kết nối với CSDL trong hệ quản trị CSDL MySQL. Dựa trên qui luật đối với từng họ thực vật sẽ có một nhóm các đặc điểm của một đối tượng nào đó, chẳng hạn như họ Magnoliaceae có đặc điểm về đối tượng ngoại dạng là: có dạng sống là gỗ hay bụi đứng, có lông hình khiên/vảy, có lông hình sao. Tổ hợp các đặc điểm cụ thể của 10 đối tượng trên mỗi họ thực vật là khác nhau. Nhờ đó chương trình sẽ xác định đúng họ thực vật từ những đặc điểm mà người dùng đưa vào. 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN XÂY DỰNG CÔNG CỤ TRỰC TUYẾN TRA CỨU HỌ THỰC VẬT HẠT KÍN Ở VIỆT NAM 120 3.1. Mô hình cơ sở dữ liệu Đề tài đã xây dựng mô hình CSDL quan hệ gồm 24 bảng (Hình 3.1). Trong đó, các bảng đều được thiết lập mối quan hệ với nhau nhằm truy xuất dữ liệu theo nhóm khi người dùng thao tác với CSDL. Hình 3.1: Mô hình cơ sở dữ liệu ở dạng các bảng quan hệ NGUYỄN HỒ THẾ VINH - THÁI KẾ QUÂN 121 3.2. Công cụ trực tuyến tra cứu họ thực vật hạt kín ở Việt Nam Song song với công cụ tra cứu họ thực vật hạt kín, trang Web gồm nhiều mục chọn giúp người dùng truy cập được danh sách các họ thực vật hạt kín ở Việt Nam, hiển thị dưới dạng danh pháp khoa học và tên họ thông thường, được sắp xếp theo thứ tự trong bảng chữ cái (A-Z), trong đó người dùng có thể truy cập đặc điểm chi tiết của một họ bằng cách mở liên kết bởi chính tên họ mà người dùng quan tâm; cùng với đó những đặc điểm dùng để tra cứu phân biệt các họ thực vật hạt kín ở Việt Nam cũng sẽ được cung cấp cho người dùng. Để thực hiện được chức năng tra cứu họ thực vật hạt kín ở Việt Nam dễ dàng và mang lại kết quả chính xác, từ việc phân tích mẫu vật thu được người dùng lựa chọn đối tượng sẽ sử dụng làm cơ sở tra cứu họ, bao gồm: Quả, Bao hoa, Ngoại dạng, Bao phấn & triền/tuyến mật, Nhị, Hạt, Hoa và cụm hoa, Lá và lá kèm, Noãn và lối đính noãn, Lá noãn và bầu. Mỗi đối tượng do người dùng lựa chọn sẽ được hiển thị một khung chọn chứa các đặc điểm cụ thể của đối tượng đó (Hình 3.2). Trong trường hợp người dùng có nhiều đặc điểm cụ thể về một đối tượng, khung chọn vẫn cho phép người dùng nhấn chọn nhiều đặc điểm cụ thể cùng lúc. Hình 3.2: Giao diện lựa chọn các đặc điểm cụ thể Kết quả của chương trình sẽ thống kê và hiển thị số lượng họ thực vật thỏa mãn yêu cầu, liệt kê tất cả các họ thực vật phù hợp với những đặc điểm mà người dùng đã đưa vào, các kết quả sẽ được chương trình sắp xếp theo thứ tự trong bảng chữ cái latin (A - Z), đồng thời tên họ thực vật hiển thị được liên kết đến trang chứa thông tin về họ đó. Ngoài ra, phía trên trang Web cũng hiển thị lại các đặc điểm cụ thể của các đối tượng mà người dùng đã sử dụng để tiện trong việc kiểm soát và quản lí thông tin (Hình 3.3). Trong trường hợp các đặc điểm cụ thể XÂY DỰNG CÔNG CỤ TRỰC TUYẾN TRA CỨU HỌ THỰC VẬT HẠT KÍN Ở VIỆT NAM 122 của người dùng nhập vào đưa đến kết quả là nhiều hơn một họ, trang kết quả sẽ vừa đồng thời thông báo số lượng kết quả tìm được, vừa hiển thị danh pháp khoa học của tất cả các họ thực vật có đặc điểm phù hợp với các đặc điểm của người dùng nhập vào. Lúc này danh sách 10 đối tượng được sử dụng để tra cứu họ thực vật có trong CSDL sẽ được hiển thị lại, trong đó các đối tượng mà người dùng đã chọn ban đầu cùng với các đặc điểm cụ thể của chúng sẽ mặc định được giữ lại và người dùng có thể lựa chọn thêm các đối tượng khác để phối hợp tra cứu hoặc cập nhật thêm đặc điểm cụ thể cho đối tượng cũ. Hình 3.3: Trang hiển thị kết quả tra cứu Với trang Web chứa đặc điểm phân loại các họ thực vật cùng với công cụ tra cứu mà đề tài xây dựng, người dùng có thể sử dụng để khai thác thông tin về đặc điểm và tra cứu họ thực vật một cách trực tuyến, nhanh chóng, phù hợp với tất cả các hệ điều hành phổ biến, đồng thời dễ dàng cập nhật các thông tin mới và sửa chữa các thông tin sai sót. Nếu so sánh với công việc tra cứu và định họ bằng cách sử dụng công cụ là các bảng in trong cẩm nang tra cứu của Nguyễn Tiến Bân, thì việc tra cứu định họ thực vật bằng cách sử dụng công cụ trên máy vi tính sẽ mang lại sự thuận tiện hơn nhiều cho những nhà nghiên cứu thực vật. Hiện nay, Website Trung tâm thực vật rừng Việt Nam [6] có lẽ cũng đang xây dựng một bộ công cụ tương tự, tuy nhiên, cho đến thời điểm này (tháng 8/2013), trên website của Trung tâm này chỉ có giao diện của công cụ và công cụ chưa thể hoạt động. Việc tra cứu định họ thực vật được xây dựng bằng phần mềm (PlantsVN) sẽ có nhiều hạn chế như: hiện tại phần mềm có lẽ không còn được phát triển nữa nên chỉ có thể dùng được trên Microsoft Windows XP mà không thể sử dụng trên các phiên bản Windows thông dụng hiện nay như Windows 7, Windows 8, và càng không thể chạy trên các hệ điều hành thông dụng khác như Macintosh, Linux, Android. Ngoài ra, do NGUYỄN HỒ THẾ VINH - THÁI KẾ QUÂN 123 phần mềm không được sử dụng trực tuyến, vì vậy sẽ hạn chế việc cập nhật và chỉnh sửa thông tin trên các phiên bản phần mềm mà người dùng sử dụng. Việc xây dựng một công cụ trực tuyến trên nền Web có thể chạy tốt trên nhiều hệ điều hành thông dụng là sự lựa chọn hợp lý. Các thử nghiệm tra cứu trên công cụ cho thấy có ưu điểm hơn hẳn so với tính năng tương tự của chương trình PlantsVN. Khi sử dụng đặc điểm là lá đơn hình khiên (Leaves peltate) để tra cứu họ, chương trình của chúng tôi tìm thấy có 12 họ phù hợp và sau khi so sánh lại với các bảng khóa, kết quả 12 họ này là đúng và đủ so với cẩm nang của Nguyễn Tiến Bân. Trong khi đó, PlantsVN tìm thấy có 41 họ, trong số này có nhiều họ như: Ranunculaceae, Hamamelidaceae, Polygonaceae, Begoniaceae... là không phù hợp với các bảng khóa, chẳng hạn như họ Polygonaceae có các đặc điểm trong bảng Lá và lá kèm gồm: lá đơn mọc cách, mọc đối, mọc vòng, gân lá hình lông chim và lá kèm là bẹ chìa mà không có đặc điểm lá đơn hình khiên. Một sai sót khác của PlantsVN được phát hiện khi chúng tôi kết hợp sử dụng đặc điểm lá đơn mọc vòng và mọc đối (Leaves opposite or verticillate) để tra cứu, PlantsVN tìm thấy 128 kết quả, trong đó chúng tôi nhận thấy có rất nhiều họ không có lá đơn mọc đối và mọc vòng, chẳng hạn như họ Rosaceae được xác định có lá đơn mọc cách theo bảng khóa của Nguyễn Tiến Bân. Chúng tôi đã tiến hành tra cứu trên chương trình của mình và ghi nhận 33 họ trong đó không có họ Rosaceae và kết quả này phù hợp với bảng khóa tra cứu. 4. KẾT LUẬN Đề tài đã xây dựng thành công một công cụ trên nền Web, kết nối với cơ sở dữ liệu giúp xác định các họ thực vật hạt kín ở Việt Nam. Nội dung trang Web được trình bày bằng tiếng Việt, vừa thể hiện thông tin về các đặc điểm tra cứu và nhận dạng các họ thực vật hạt kín ở Việt Nam, vừa cung cấp một công cụ hữu hiệu và đáng tin cậy để có thể tiến hành tra cứu định danh các họ thực vật một cách nhanh chóng và chính xác, dựa trên các đặc điểm phân họ đã được công bố của Giáo sư Nguyễn Tiến Bân. Công cụ có thể được sử dụng qua Internet ở địa chỉ TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Group, A.P.(1998), "An ordinal classification for the families of flowering plants", Annals of the Missouri Botanical Garden, 85(4). 2. 3. 4. Kuldip S. Dogra, S.K.S., Parveen K. Dobhal and Seema Sharma (2010), "Alien plant invasion and their impact on indigenous species diversity at global scale: A review ", Journal of Ecology and the Natural Environment, 2(9), 175-186. 5. Nguyễn Tiến Bân (1997), Cẩm nang tra cứu và nhận biết các họ thực vật hạt kín ở Việt Nam, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 6. Phạm Hoàng Hộ (1999), Cây cỏ Việt Nam - Tập 1, NXB Trẻ, TP. Hồ Chí Minh. * Nhận bài ngày: 11/5/2014. Biên tập xong: 5/6/2014. Duyệt bài: 12/6/2014.